基于ZigBee的无线温湿度传感器网络结构

专利名称：基于ZigBee的无线温湿度传感器网络结构专利类型：实用新型专利
发明人：司昊杰
申请号：CN201220124513.X
申请日：20120329
公开号：CN202738118U
公开日：
20130213
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型为一种基于ZigBee的无线温湿度传感器网络结构，涉及无线温湿度传感器技术，解决现有机房中机柜内设备运行的状况得不到安全保障的问题，其包含：机房中各机柜内分布设置数个基于ZigBee的无线温湿度传感器，采集机柜内的温湿度信号，并预处理成ZigBee协议格式的温湿度数据后进行发送；ZigBee无线网关，其通过ZigBee网络接收无线温湿度传感器发送的ZigBee 协议格式的温湿度数据并转换成以太网协议格式的温湿度数据；控制中心主机，通过以太网电信传输接收ZigBee网关输出的以太网协议格式的温湿度数据，并实时显示。

本传感器网络结构能够在控制中心主机中实时显示机柜内的温湿度，以确保机柜内设备安全运行。

申请人：上海宽岱电讯科技发展有限公司
地址：201501 上海市金山区枫泾镇嘉枫公路2号
国籍：CN
代理机构：上海集信知识产权代理有限公司
代理人：周成
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传感器与微系统(Transducer and M icr osyste m Technol ogies) 2006年第25卷第7期前沿技术基于Zi g Bee协议的温度湿度无线传感器网络3辛　颖,谢光忠,蒋亚东(电子科技大学光电信息学院,四川成都610054)摘　要:阐述了一种温度湿度智能数据采集的无线传感器网络,介绍了传感器节点的软件与硬件设计。

该系统基于Zig Bee无线通信协议设计,克服了有线传感器网络的局限性,避免了其他无线通信技术的高功耗的缺点,节点成本低、网络容量大、生存周期长。

实验结果表明:温度测量精度为1℃,湿度精度为3%RH,可以广泛用于环境检测。

关键词:温度;湿度;无线;传感器网络;紫蜂中图分类号:TP212 文献标识码:A 文章编号:1000-9787(2006)07-0082-03W i reless te mperature and hu m i dity sensor network basedon Zi g Bee protocol3X I N Ying,X I E Guang2zhong,J I A NG Ya2dong(School of O pto2electron i c I nfor ma ti on,Un i versity of Electron i c Sc i ence and Technology,Chengdu610054,Ch i n a)Abstract:The wireless te mperature and hu m idity s mart data2collecting sens or net w ork is discussed.The hard wareand the s oft w are of sens or node are intr oduced.The sens or system based on Zig Bee p r ot ocol sur mounts defect ofwired sens or net w ork and avoid the high2energy cost of other wireless technol ogy.The node is l ow2cost,net w orkcapability is large,als o the lifeti m e circle is l ong.Experi m ental result i m p lies that the accuracy of this syste m is1℃in te mperature and3%RH in hu m idity.It can be widely used in envir on ment detecti on.Key words:te mperature;hu m idity;wireless;sens or net w ork;Zig Bee0　引　言温度和湿度与工农业生产及人民生活密切相关。

宁夏大学新华学院本科毕业设计（2015届）题目基于ZigBee的温湿度传感器设计系别信息与计算机科学系专业电气工程及其自动化年级 2011级学生学号 ***********学生姓名刘培新指导教师刘大铭2015 年 4月 23 日宁夏大学新华学院本科学位论文摘要无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量无处不在的，具有通信与计算能力的微小传感器节点密集布设在无人值守的监控区域而构成的能够根据环境自主完成指定任务的“智能”自治测控网络系统。

大量传感器节点通过相互之间的分工协作，可实时感知、监测和采集分布区域内的监测对象或周围环境的信息。

无线传感器网络有着与传统网络明显不同的技术要求，前者以数据为中心，后者以传输数据为目的。

随着传感器网络技术的逐步发展，它的应用也越来越广泛,无线传感器网络也被要求有更小功耗，更低成本，以及更方便使用的性能，在这种情况下，ZigBee技术应运而生。

ZigBee技术是一种短距离无线双向通信技术，该技术拥有协议简单、功耗低、组网能力强、网络容量大、时延短、安全、可靠及成本低等优点，具有路径选择、自动连结网络及自我恢复等功能。

预计将在消费类电子设备、家庭智能化、工控、医用设备控制、农业自动化等领域获得广泛应用。

本文首先介绍了无线传感器网络的基础知识和研究现状；然后深入分析了ZigBee协议，给出了各层的功能；之后，设计了ZigBee节点模块和温湿度传感模块，并在此硬件基础上设计了具有基本功能的ZigBee协议栈，同时提出了一种基于ZigBee的组网算法，通过扫描信道、建立网络和建立节点间的关联三个步骤构建了一个简单的网络层，实现了无线传感器组网功能；在此基础上本文设计一个小型的温度湿度监控网络系统；最后，对论文进行总结，提出今后的研究工作方向。

关键字：ZigBee；温湿度传感器；无线通信；无线温湿度传感器系统I宁夏大学新华学院本科学位论文AbstractWireless sensor networks (Wireless Sensor Network, WSN) is composed of a large number of ubiquitous，tiny sensor nodes have the ability to communicate with the intensive computing laid in the monitored area unattended constituted able to complete the assigned tasks independently according to the environment "smart" autonomy and control network system. A large number of sensor nodes through the division of labor between them, real-time sensing, monitoring and gathering information on the distribution area of the object or the surrounding environment. Wireless sensor networks and traditional networks have distinct technical requirements , the former data-centric , the latter for the purpose of transferring data . With the gradual development of sensor network technology, its applications are increasingly widespread , wireless sensor networks are also required to have a smaller power consumption, cost, and performance is more convenient to use, in this case , ZigBee technology to be shipped born.ZigBee technology is a short -range wireless two-way communication technology that has the protocol is simple , low power consumption, strong networking capabilities, network capacity, time is short , safe, reliable and low cost, with a path selection, automatic link networks and self-recovery capabilities. It is expected to be widely used in consumer electronic devices, intelligent home , industrial , medical equipment control , automation , and other fields of agriculture.This paper introduces the basic knowledge and research of wireless sensor networks ; and in-depth analysis of the ZigBee protocol , given the function of each layer ; then designed ZigBee node module temperature and humidity sensor module , and is designed on the basis of this hardware the ZigBee protocol stack has the basic functions , while networking algorithm is proposed based on ZigBee , by scanning channel , networking and the establishment of three steps associated nodes to build a simple network layer , to achieve a wireless sensor network function ; on this basis, we design a small temperature and humidity monitoring network system ; Finally, the paper summarizes the proposed future research directions.Key words:ZigBee;Wireless Temperature And Humidity Seneor System;Wireless Communica- -tionII宁夏大学新华学院本科学位论文目录第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 无线传感器网络的研究现状 (2)1.2.1 国外现状 (2)1.2.2 国内现状 (2)1.3 无线传感器网络的特点 (2)1.4 研究内容 (4)1.5 论文结构 (5)1.6 本章小结 (5)第2章 ZigBee协议标准介绍 (6)2.1 ZigBee技术概述 (6)2.1.1 ZigBee主要特性 (6)2.1.2 ZigBee网络拓扑结构 (6)2.1.3 ZigBee网络工作模式 (7)2.2 ZigBee协议架构 (8)2.2.1 物理层（PHY） (9)2.2.2 媒体访问控制层（MAC） (10)2.2.3 网络层（NWK） (12)2.2.4 ZigBee应用层 (14)2.3 本章小结 (15)第3章 ZigBee温湿度传感器硬件平台的设计 (16)3.1 硬件设计 (16)3.1.1 CC2530芯片介绍 (16)3.1.2 射频模块电路 (19)3.2 主控电路 (21)3.2.1 串口通信电路 (21)3.2.2 电源模块 (24)3.2.3 存储模块 (25)3.4 本章小结 (27)第4章无线传感器网络通信系统的软件设计 (28)4.1 系统总体构成 (28)4.2 进行开发的软件介绍 (28)4.3 程序流程图 (28)III宁夏大学新华学院本科学位论文4.4 系统的实现 (30)4.4.1 通过初始化、信道扫描等措施建立网络 (30)4.4.2 传感器各节点加入网络 (30)4.5 本章小结 (31)第5章总结与展望 (32)参考文献 (33)致谢 (34)附录 (35)IV宁夏大学新华学院本科学位论文第1章绪论1.1 引言信息的生成、获取、存储、传输、处理及其应用是现代信息科学的六大组成部分，其中信息的获取是信息技术产业链上重要的环节之一，没有它就没有信息的传输、处理和应用，信息化也成为了无水之源、无本之木。

基于ZigBee的温湿度监控系统设计推荐关键词：温湿度监控系统/粮情测控系统粮食是人类赖以生存的基本物质，是关系国计民生的重要物质，目前我国地方各大粮库的温湿控制，主要采用干温度表、毛发湿度计、双金属式测量计、湿度测试纸等测量器材进行人工检测。

ZigBee技术具有节点能耗低、成本低、应用简单、组网能力强等优点。

基于以上优点，本文提出了基于ZigBee 的无线传感器网络的粮仓环境检测系统。

1 系统框架设计本文采用ZigBee 技术的无线传感器网络，通过传感器采集粮仓的温湿度，并把数据传输到无线通信节点中。

在系统中，每个粮仓安置几个发送模块作为路由器使用，通过路由器把数据无线发送到协调器中，协调器通过RS232 与上位机进行通讯，实现对粮仓环境温湿度的监控。

同时系统也对粮堆温度的现场测量，不仅在现场显示，供现场工作人员监控粮堆的温度，而且通过无线节点发送到协调器，在上位机中显示。

图1 为系统的结构示意图。

系统中存在一个节点作为协调器节点，完成网络组建、路由功能。

粮堆内节点只作为终端节点，之间互相不通信，因此采用半功能节点（RFD），完成粮堆温度采集及发送。

而粮仓节点采用全功能节点（FFD），之间可以互相通信并附带路由器功能，完成网络通信及温湿度采集。

图1 基于ZigBee 的粮仓温湿度监控系统结构示意图2 温湿度监控系统硬件设计2. 1 粮仓节点无线传感器节点由数据采集、数据处理、无线通信和能量供应四个模块组成，节点结构如图2 所示。

数据采集模块负责温湿度信息采集和数据转换；数据处理模块由微控制器组成，负责控制整个传感器节点的操作和数据存储；无线通信模块由无线收发器组成，负责与其他传感器节点进行通信，能量供应模块为系统其他的三个部分提供能量。

SHT11是瑞士Sensirion 公司推出的基于CMOSensTM 技术的新型温湿度传感器。

而CC2430 芯片为Chipcon 公司生产的2. 4GHz射频系统级芯片，是一款真正符合IEEE802.15. 4 标准的片上ZigBee 产品。

基于ZigBee技术的无线温湿度传感器网络设计研究发布时间：2021-06-16T04:23:23.705Z 来源：《现代电信科技》2021年第1期作者：石发强[导读] 本文首先阐述了无线温湿度传感器网络设计中ZigBee的技术特点，在适宜硬件基础上从协调器、路由器、传感器三个方面展开程序设计分析，以期在无线温湿度传感器网络设计过程中，发挥出ZigBee技术优势。

（中煤科工集团重庆研究院有限公司重庆 400037）摘要：无线通信技术随着各领域自动化程度的深化而应用愈发广泛，ZigBee技术在区域性使用具有较强技术优势，逐渐成为无线传感器网络设计中的首选。

基于此，本文首先阐述了无线温湿度传感器网络设计中ZigBee的技术特点，在适宜硬件基础上从协调器、路由器、传感器三个方面展开程序设计分析，以期在无线温湿度传感器网络设计过程中，发挥出ZigBee技术优势。

关键词：ZigBee技术；无线温湿度传感器；传感器网络设计一、引言在实验室信息化时代，对于温湿度环境条件的监测提出了数字化，信息化的要求，在传感器的灵敏度、灵活性、远程控制性能提出了新的要求。

低速率设备的成本与功耗远低于高速率设备，且在实际应用中实验室温湿度的复杂信号传输场景较少，而中低速传输设备普适度更高，ZigBee技术作为低速率无线局域网，其在无线通信领域内的自组网技术，为实际应用提供了便利。

二、ZigBee的技术特点ZigBee技术是低速率、短距离的双向无线通信技术，主要被应用于传输速率要求不高且传输距离短、功耗较低设备间的信息数据传输。

Zigbee技术可实现标准通讯距离75m的无限扩展。

ZigBee技术在无线温湿度传感器网络设计中具有以下特点：（1）低成本。

相较于高速率无线通讯技术而言，无法完成复杂性传输信号传输，因此Zigbee模块初始成本远低于高速率无线通讯技术，且Zigbee协议无需专利费，进一步降低了设计成本。

（2）低功耗。

ZigBee技术在不需展开数据传输工作时段，可进入休眠模式，在实际工作中，ZigBee设备对电力能源的消耗较少，作为低速率传输技术，其低功耗特点尤为显著。

基于ZigBee的无线湿度传感器网络系统设计摘要：Z igBee技术是最近几年提出的一种双向低功耗无线通信技术，主要适用于自动控制和远程控制领域。

本文介绍了一种基于ZigBee无线湿度传感器网络系统设计，并给出了系统的网络体系结构，以及协调器节点和传感器节点（包括节点的加入，网络地址的分配、数据采集等）硬件和软件的设计。

重点研究了无线传感器网络的自组网和数据采集传输的过程。

关键词: ZigBee；无线湿度传感器；自组网Based onwireless sensor network zigbee humiditysystem designAbstract: In recent years ZigBee technology is proposed a two-way low-power wireless communication technology, mainly is suitable for automatic control and remote control field. This paper introduces a method based on ZigBee wireless sensor networks system design, humidity and presented system network architecture, and tuner nodes and sensor node (including node to join, network address allocation, data acquisition, etc.) of the software and hardware design. Key research of wireless sensor network was since networking and data acquisition transmission process.Key words: ZigBee，Wireless humidity sensors，self-networking目录引言 (1)1.1选题背景及意义 (3)第2章ZIGBEE无线传输技术 (5)2.1Z IG B EE技术概述 (5)2.2Z IG B EE协议栈 (5)2.3Z IG B EE网络拓扑结构 (7)2.4Z IG B EE的主要芯片CC2430 (7)第3章、硬件实现 (9)3.1系统概述 (9)3.2Z IG B EE无线模块设计 (10)3.2.1 ZigBee模块基本结构 (10)3.2.2 协调器节点的硬件设计 (11)3.2.3 传感器节点的硬件设计 (12)3.4传感器模块设计 (13)2.4.1无线传感器网络 (13)2.4.2湿度传感器模块 (13)第4章软件实现 (15)4.1协调器节点软件设计 (15)4.2传感器节点软件设计 (17)4.2.1数据传输 (19)4.2.3 数据采集 (20)3.3Z IG B EE自组网 (20)结论 (23)致谢 (25)参考文献 (26)附录 (28)引言农业是人类社会最古老的行业，是各行各业的基础，也是人类顿以生存的最重要的行业。

基于ZigBee的远程无线仓库温湿度环境智能监测系统设计共3篇基于ZigBee的远程无线仓库温湿度环境智能监测系统设计1一、系统概述随着仓库技术的不断发展，现代仓库已经不再是简单的存储场所，而是一个充满了各种设备、智能系统和软件的物流中心，仓库储存的货物多种多样，需要保证货物在合适的温湿度环境下存储，以确保货物的安全保存。

本文将基于 ZigBee 技术，设计一个远程无线仓库温湿度环境智能监测系统。

二、系统组成1.传感器模块由于仓库储存的货物种类多种多样，对环境条件的要求也不尽相同，比如药品需要相对恒定的温度和湿度，而食品则需要严格控制温度和湿度，因此需要选用不同的传感器来监测不同的环境参数。

本系统主要包括温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度等多个传感器，通过ZigBee 无线传输技术将检测到的环境数据传输至下位机。

传感器模块同时还负责环境数据的采集和处理，确保数据的可靠性和准确性。

2.ZigBee模块ZigBee 是一种短距离、低功率消耗、低速、低成本的无线通信技术，是一种面向控制和监测应用的无线通信技术。

ZigBee 模块主要负责实现无线传输和数据通信的功能，将传感器采集到的数据通过无线信号传输到上位机，具有可靠性高、适用范围广、安全性强等优点。

3.上位机上位机主要负责数据的接收、处理和存储，通过图表和曲线的形式展示当前环境参数的变化情况。

上位机可以远程实现对仓库环境的监测和控制，提高了仓库环境的智能化水平。

上位机同时还负责对环境参数设定阈值，并在达到阈值时触发报警。

三、系统原理本系统通过 ZigBee 传感器网络，实现对远程仓库的环境参数进行智能监测。

各个传感器将检测到的数据采集并处理后，通过 ZigBee 通信模块传输到上位机。

上位机接收到数据后，进行分析、处理然后通过图表和曲线的方式展示出来。

用户可以在上位机界面通过设定阈值来实现对环境的远程控制，当环境参数达到预设的阈值时，系统会自动触发报警，用户可第一时间得知环境的变化。

基于ZigBee技术的无线温湿度监控系统摘要：无线通信是当前科技发展的一个热门技术，其中ZigBee无线网络以其低功耗、低成本、低数据传输速率、易应用以及工作在免费的ISM频段的特点，在各种工业监控自动控制传感器网络等领域得到广泛应用。

文章介绍的温湿度监控系统是基于ZigBee技术构建的无线网络数据采集控制装置，该系统是一种特殊的Ad-hoc网络，是由许多无线传感器节点协同组织起来的，实现温湿度数据的分布式采集、处理、监控和无线传输等功能。

关键词：单片机；ZigBee；无线网络；CC2420随着现代科技的不断发展，无线通信技术越来越受人们的青睐，无线通信技术一直向着低功耗、低价格、高稳定定性和不断提高传输距离的方向发展。

目前，市场上的近距离无线通信技术主要有无线局域网WiFi、超宽频技术、蓝牙和其它一些专用标准的产品。

一些大公司为开拓市场和应用领域，也在积极研究和制定一些新的无线组网通信技术标准，通信市场上已有多家公司推出应用于近距离通信的无线网络芯片产品。

不少嵌入式通信产品也采用了这类技术，但它们大部分只提供解决无线通信的射频通道，没有一个统一的标准规范来制定MAC层、链路层和网络层的通信协议，不具备兼容性；而且对通信的控制软件完全依赖目标系统设计，由用户自己完成，不仅额外增加了工作量，而且代码的可靠性、效率都较低，对组网应用更可能存在问题；不同公司设计的产品不具备互操作能力，不具备通用性。

此外，这些通信技术的普遍存在成本高、功耗大、抗干扰能力差等缺点，不适合大面积应用推广。

ZigBee技术是一种新兴的短距离、低功耗、低传输数据速率的无线通信技术。

它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术方案。

ZigBee是一组基于IEEE 批准通过的802.15.4无线标准研制开发的无线技术标准，在数千个微小的传感器之间相互协调通信。

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传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率非常高。

基于Zigbee 的温湿度系统检测控制设计可以实现远程监测和控制温度和湿度的功能。

下面是一个基本的设计方案：
1. 硬件选型：选择支持Zigbee 通信协议的温湿度传感器和Zigbee 网络通信模块。

2. 传感器连接：将温湿度传感器与Zigbee 模块进行连接，通常使用串口或其他接口进行数据传输。

3. Zigbee 网络搭建：配置Zigbee 网络，包括协调器（Coordinator）、路由器（Router）和终端设备（End Device），确保设备之间可以进行无线通信。

4. 数据采集和传输：温湿度传感器采集环境数据，并通过Zigbee 网络将数据发送到协调器。

5. 数据处理和存储：协调器接收到传感器数据后进行处理，并可以将数据存储在本地或云端数据库中。

6. 远程监测：用户可以通过手机应用或电脑登录系统，远程监测温湿度数据，以便实时了解环境状态。

7. 控制功能：用户可以通过远程控制界面设置温湿度的目标值，并将控制指令发送到协调器，协调器再将指令传输给相应的终端设备进行控制操作。

8. 报警功能：当温湿度超过预设范围时，系统可以触发报警，例如发送短信或推送警报信息给用户。

总体而言，基于Zigbee 的温湿度系统检测控制设计能够实现远程监测和控制温湿度的功能，提供了便捷的数据获取和远程操作，适用于家庭、办公室、工业环境等多个场景。

基于ZigBee技术的无线温湿度传感器网络设计
王飞
【期刊名称】《电信快报：网络与通信》
【年(卷),期】2008(000)002
【摘要】介绍了一种基于ZigBee技术的无线温湿度传感器网络的设计，以
CC2430单片机和数字式温湿度传感器SHTl0设计出了温湿度传感器网络节点，以AT91R4008微控制器、AX88796以太网控制器芯片和CC2430无线单片机设计出了ZigBee网关。

温湿度传感器节点通过射频收发器将数据发送到ZigBee网关。

ZigBee网关通过以太网网络将数据传输给监测中心主机。

文章讨论和提出了无线传感器节点的低功耗设计和数据通信的可靠性方法。

该系统稳定性好，通信效率高，可广泛应用于工业环境温湿度监测。

【总页数】3页(P43-45)
【作者】王飞
【作者单位】重庆邮电大学自动化学院,重庆市400065
【正文语种】中文
【中图分类】TN92
【相关文献】
1.基于ZigBee技术的无线传感器网络设计研究 [J], 沈大伟;李长征;贾中宁
2.基于ZigBee的无线温湿度传感器网络设计与实现 [J], 于童;王文秀;徐小粘
3.基于CC2430温湿度监测的无线传感器网络设计 [J], 刘玉英;史旺旺
4.基于ZigBee技术的矿井无线传感器网络设计 [J], 张弘华;余员琴;陈海文;李晨;王叶
5.基于ZigBee技术的矿井无线传感器网络设计 [J], 张弘华;余员琴;陈海文;李晨;王叶
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