1、 本科毕业设计 (论文 ) 论文题目 基于 zigbee 的无线传输系统发送端设计 (英文 )Transmitter design of Zigbee based on Wireless transmission system 所在学院 专业班级 通信工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 日 摘 要 随着现代通信技术的发展，无线通信技术在许多领域取得了广泛的应用，与有线设备相比，它具有携带方便，无需布线的优势，特别适用于机动性较强，或者工作受到内部限制的通信设备。 zigbee 是一种新兴的短距离无线传输通信即使标准，用于构建近距离，低功耗，低复杂度，低速率，低成本的无线通信
2、系统。目前，在农业，工业，军事上 zigbee 都具有广泛的应用前景。 本文介绍了目前主要的短距离无线传输技术，设计并实现了基于 zigbee 技术的无线传输系统。使用飞比 CC2530 开发 板套件，利用 IAR 开发环境，编写程序，实现无线传输系统的发送端功能。最后通过仿真和测试不同距离，不同频率和速率，进行数据分析。 关键词： zigbee； cc2530； IAR Abstract With the development of modern communication technology ， Wireless communication technology has a wide
3、range of applications in many fields， Compared with wired devices, the advantage of no wiring， or work by the internal limitations of communications equipment. ZigBee is an emerging short-range wireless communication standard, Used to build a close, low-power, low complexity, low-rate, low-cost wire
4、less communication system. At present, It have broad application prospects on agriculture, industrial, military. This article describes the main short-range wireless transmission technology, Design and implement a wireless transmission system based on zigbee technology. Use the CC2530 development bo
5、ard kit from feibei. Use the environment of IAR. Write a program to achieve the function of the sender of the wireless transmission system. Finally, simulation and testing of different distances, different frequency and rate of data analysis. Key Words: zigbee; cc2530; IAR 目 录 1 引言 . 1 1.1 课题背景及研究的意
6、义 . 1 1.2 几种常见的短距离无线技术和发展现状 . 2 1.3 论文的主要内容 . 3 2 ZIGBEE 技术 . 4 2.1 ZIGBEE技术简介 . 4 2.2 ZIGBEE 的技术特点 . 4 2.3 ZIGBEE的协议体系结构 . 5 2.3.1 物理层（ PHY） . 5 2.3.2 介质接入控制子层（ MAC） . 5 2.3.3 网络层（ NWK） . 5 2.3.4 应用层（ APL） . 6 2.3.5 应用程序框架（ AF）： . 6 2.4 本章小结 . 6 3 硬件组成 . 7 3.1 高性能 2.4G 射频模块 -FB2530RF . 7 3.2 仿真及程序下
7、载器 CC DEBUGGER . 8 3.3 多功能仿真扩展板 -FB2530EB. 9 3.4 电源供电部 . 10 3.5 液晶显示部分 . 10 3.6 红外遥控信号输入输出部分 . 11 4 软件设计 . 12 4.1 开发工具介绍 . 12 4.2 发送端流程图 . 13 4.3 初始化无线模块 . 13 4.4 设置发送功率 . 13 4.5 设置发送包总数 . 13 4.6 设置定时器与初始化外围设备 . 13 4.7 设置数据包内容 . 14 4.8 主循环 . 14 4.9 系统仿真实物图 . 16 5 无线传输系统的功能测试 . 17 5.1 误包率测试 . 17 5.1.
8、1 距离为 5 米时的丢包率 . 17 5.1.2 距离为 20 米时的丢包率 . 17 5.1.3 距离为 50 米时的丢包率 . 18 5.2 接收功率测试 . 18 5.2.1 距离为 5 米时的接收功率 . 18 5.2.2 距离为 20 米时的接收功率 . 19 5.2.3 距离为 50 米时的接收功率 . 19 6 总结 . 21 致 谢 . 22 参考文献 . 23 附录 1 完整的程序 . 24 附录 2 系统实物图 . 28 1 引言 1.1 课题背景及研究的意义 近年来，数字家庭，无线通信，无线控制，无线定位，无线网络走进了我们的生活 1。正是由于 IT 对我们变得不再陌生
9、，普及的网络，智能化的家电以及单片机越来越强大的功能功能，才使得人们越来越离不开它们，进入我们的生活 2。有增无减的相关信息报道足以预测这些新事物必将具有强大的生命力和广阔的前景 3。 尽管在短距离无线网络方面同时存在着其它几种 无线网络技术，比如 802.11b，Bluetooth， UWB,RFID,IrDA,可视光通信等，但是 Zigbee 技术仍然以其独有的特性，在众多的无线网络技术中熠熠闪光。 长久以来，一直存在着短距离、低功率、低成本的无线通讯市场。自从蓝牙出现以后，曾让家电智能化、工业控制、造商等业者雀跃不已，但是蓝牙高昂的价格违背了制造商的使用意愿 4。如今，所以他们都参加了
10、E802.15.4 研究小组，参与了对 zigbee 物理层和 MAC 层的制定。 IEEE802.15.4 规范是一种工作在2.4GHz868/928MHz 频率下 的无线技术，它拥有廉价、效率高、传输速率低等特点，用于对等网络和个人区域网。它作为 ZigBee 网络层和应用层协议的基础。ZigBee 是一种新兴的短距离、低功率、低传输速率、经济的无线网络技术，它的技术存在于无线标记技术和 Bluetooth 之间。主要作用为短距离无线通信。它根据 IEEE802.15.4 标准，在很多个传感器之间相互协调实现通信 5。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个网络节点
11、传到另一个节点，所以它们的通信效率非常高。 Zigbee 的出发点是希望能发展出一种易布建的低 成本无线网络，同时她的产品电池能维持半年多时间，充分显示了它的低耗电性，所以他的优势在于低成本，低速率和低功耗，将在无线通信市场拥有很大的发展空间，其成功的关键在于丰富而快捷的应用，而不是技术本身。 Zigbee 技术在 Zigbee 联盟和 IEEE802.15.4 的推动下，结合其它的无线技术，可以实现成熟的网络结构。 Zigbee 技术不仅在工业，农业，环境，军事，医疗机制等传统领域有巨大的作用，未来的应用中还可以涉及生活和发展中的很多地方。由于技术的不成熟， Zigbee 技术的时代还没有来
12、临，但已经显示出了非凡的应 用价值，相信随着相关技术的发展和推进，一定会得到更广范围的应用。但是我们应该知道，基于 Zigbee 技术的短距离无线网络技术刚刚起步，它的技术，应用都谈不上很成熟，希望企业应该抓住商机，加大投入力度，推动整个行业的发展 6。 1.2 几种常见的短距离无线技术和发展现状 生活中常见的短距离无线通信技术有 Bluetooth，红外数据传输， Wi-Fi、超宽频（ Ultra Wideband）等，他们都有各自的优点，或能满足耗电量、传输速度、距离的特殊 要求；或能扩充系统的功能；但这几种技术都不能完美的满足所有的要求。 Bluetooth 是近年来广受业界关注的近距离
13、无线通信技术。它是一种语音通信与无线数据的开放性的全球规范，它以低成本的短距离无线连接为基础，可为固定的或移动的终端设备提供廉价的接入服务。 Bluetooth 技术能够为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的近距离无线接口，进一步结合通信技术和计算机技术，在没有电线或电缆连接的情况下，各种设备也能在近距离范围内进行通信和操作。为便携式设备提供了无线连接的解决方案。它工作在全球通用的 2.4GHZ ISM 频段，能够提供 1Mbps 的传输速率和 10m的传输距离。 Bluetooth 技术具有灵活、便携、低功耗、安全等特点，但其最大的障碍是过于昂贵，主要是芯片价格难以下调，信息安全问题，
14、抗干扰能力不强等等，这就导致很多用户不愿意花大价钱买这种无线设备。这极大的限制了蓝牙技术的应用。 Wi-Fi（ wireless fidelity）也是一种无线网络通信标准，正式名称是IEEE802.11b，与蓝牙技术一样，同属于短距离无线通信技术。 Wi-Fi速率最高可达 11Mb/s。与蓝牙技术相比，安全方面要差一些，不过在 电波的覆盖方面却比蓝牙技术略胜一筹，可达 100m 左右。 随着 Wi-Fi协议的新版本如 802.11a 和 802.11g 的相继问世， Wi-Fi的应用也将越来越广泛。同样，速度更快的 802.11g 使用了正交频分多路复用调制技术。它的工作频段为 2.4GHZ
15、,速率达 54Mb/s。 IrDA 的主要不足是它是一种视距传输，必须对准两个相互通信的设备才能进行传输，中间不能存在其他物体阻隔，因而该技术应用受到了限制，只能用于两台设备之间的连接。所以 IrDA 目前的问题是如何解决视距传输问题和怎样提高数据传输速率。 近场通信 （ Near Field Communication， NFC），又称 近距离无线通信 ，是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输（在十厘米内）交换数据。这个技术由免接触式射频识别（ RFID）演变而来，并向下兼容 RFID，最早由 Philips、 Nokia 和 Sony 主推，主要可能用于
16、手机等手持设备中。由于近场通讯具有天然的安全性，因此， NFC技术被认为在手机支 付等领域具有很大的应用前景。 ZigBee 技术： ZigBee 主要应用领域是短距离范围之内但数据传输速率不高的各种电子设备之间。 ZigBee 名字起源于蜂群使用的赖以生存和发展的通信方式，通过跳 ZigZag 形状的舞蹈，蜜蜂能分享新发现的食物源的位置、方向和距离等信息。 1.3 论文的主要内容 虽然短距离无线传输系统在生活中已经有相当广泛的应用，但目前 zigbee作为一项新兴的极具有发展潜力的短距离无线通信技术，将对未来的很多行业具有很大的推 动作用，特别是目前炙手可热的物联网具有举足轻重的地位。 本课
17、题主要是在这样的背景下，阐述 zigbee 能实现的一些基本功能，我主要任务是基于 zigbee 的无线传输系统发送端的设计和实现，包括： （ 1） 第一章论文背景介绍 （ 2） 第二章 zigbee 介绍 （ 3） 第三章硬件原理图的阐述 （ 4） 第四章节点功能软件的设计 （ 5） 第五章系统运行和实验分析 （ 6） 第五章总结 2 zigbee 技术 2.1 ZigBee 技 术简介 Zigbee 是 IEEE 802.15.4 协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂 (bee)是靠飞翔和“嗡嗡” (zig)地抖动翅膀
18、的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee 就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术 。 2.2 ZigBee 的技术 特点 1.数据速率比较低 在 2.4GHZ 的频段只有 250Kb/S,而且只是链路上的速率 , 除掉信道竞争应答和重传等消耗 , 真正能被应用所利用的速率可能不足100Kb/S,并且余下的速率可能要被邻近多个节点和同一个节点的多个应用所瓜分 . 因此不适合做音视频之类的应用，当然也不是
19、绝对的，也有厂家正在致力于Zigbee 音频方面的应用。 2. 可靠性高 在可靠性方面 ,Zigbee 有很多方面进行保证 . 物理层采用了直接序列扩频技术 , 能够在一定程度上抵抗干扰， MAC应用层 (APS 部分 ) 有应答重传功能 .MAC 层的 CSMA机制使节点发送前先监听信道 , 可以起到避开干扰的作用。当 Zigbee 网络受到外界干扰 , 无法正常工作时 , 整个网络可以动态的切换到另一个工作信道上。 3. 时延 由于 Zigbee 采用随机接入 MAC层 , 且不支持时分复用的信道接入方式 , 因此不能很好的支持一些实时的业务。 4. 能耗低 低能耗特性是 Zigbee 的
20、一个技术优势。 通常 Zigbee 节点所承载的应用数据速率都比较低 , 在不需要通信时 , 节点可以进入很低功耗的休眠状态 , 此时能耗可能只有正常工作状态 下的千分之一。由于一般情况下 , 休眠时间占总运行时间的大部分 , 有时正常工作的时间还不到百分之一 , 因此达到很高的节能效果。在低功耗待机模式下，两节普通 5 号干电池可使用 6 个月到 2 年。免去了充电或频繁更换电池的麻烦。 5. 组网和路由性 -网络层特性 Zigbee 大规模的组网能力 - 每个网络最大可支持 65535 个节点 Bluetooth- 每个网络最大可支持 8 个节点 . 因为 Zigbee 底层采用了直扩技术
21、 , 如果采用非信标模式 , 网络可以扩展得 很大 , 因为不需同步而且节点加入网络和重新加入网络的过程很快 , 一般可以做到 1 秒以内 , 甚至更快 . 而蓝牙技术 (Bluetooth) 通常需要 3 秒 路由方面 ,Zigbee 支持可靠性很高的网状网的路由 , 所以可以布置范围很广的网络 , 并支支持多播和广播特性 , 能够给丰富的应用带来有力的支持。 2.3 ZigBee的协议体系结构 ZigBee 协议栈建立在 IEEE 802 15 4 的 PHY 层和 MAC 子层规范之上。它实现了网络层 (networklayer， NWK)和应用层 (applicationlayer，
22、APL)。在应用层内提供了应用支持子层 (application support sub layer， APS)和 ZigBee 设备对象(ZigBee Device Object， ZDO)7。 2.3.1 物理层（ PHY） 物理层定义了物理无线信道和 MAC 子层之间的接口，提供物理层数据服务和物理层管理服务。物理层内容为 ZigBee 的激活；当前信道的能量检测；接收链路服务质量信息； ZigBee 信道接入方式；信道频率选择；数据传输和接收 8。 2.3.2 介质接入控制子层（ MAC） MAC 层负责处理所有的物理无线信道访问，并产生网络信号、同步信号；支持 PAN 连接和分离，提供两个对等 MAC 实体之间可靠的链路。 MAC 层功能为网络协调器产生信标；与信标同步；支持 PAN(个域网 )链路的建立和断开；为设备的安全性提供支持；信道接入方式采用免冲突载波检测多址接入 (CSMA-CA)机制；处理和维护保护时隙 (GTS)机制；在两个对等的 MAC 实体之间提供一个可靠的通信链路。 2.3.3 网络层（ NWK） ZigBee 协议栈的核心部分在网络层。网络层主要实现节点加入 或离开网络、
