基于ZigBee模块和C#的上位机研究与实现

物联网简介及基于ZigBee的无线传感器网络摘要物联网，是继计算机、互联网与移动通信网之后的又一次信息产业浪潮，是一个全新的技术领域，给IT和通信带来了广阔的新市场。

积极发展物联网技术，尽快扩展其应用领域，尽快使其投入到生产、生活中去，将具有重要意义。

ZigBee无线通信技术是一种新兴的短距离无线通信技术，具有低功耗、低速率、低时延等特性，具有强大的组网能力与超大的网络容量，可以广泛应用在消费电子品、家居与楼宇自动化、工业控制、医疗设备等领域。

由于其独有的特性，ZigBee无线技术也是无线传感器网络的首选技术，具有广阔的发展前景。

ZigBee协议标准采用开放系统接口(051)分层结构，其中物理层和媒体接入层由IEEE802.15.4工作小组制定，而网络层，安全层和应用框架层由ZigBee联盟制定。

本文首先从概念、技术架构、关键技术和应用领域介绍了物联网的相关知识，然后着重介绍了基于ZigBee的无线传感器网络，其中包括无线传感网简介、ZigBee技术概述和基于ZigBee的无线组网技术。

关键词：物联网；ZigBee；无线传感器网络物联网简介物联网概念“物联网概念”是在“互联网概念”的基础上，将其用户端延伸和扩展到任何物品与物品之间，进行信息交换和通信的一种网络概念。

其定义是：通过射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念。

最简洁明了的定义：物联网(Internet of Things)是一个基于互联网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络。

它具有普通对象设备化、自治终端互联化和普适服务智能化3个重要特征。

技术架构从技术架构上来看，物联网一般可分为三层：感知层、网络层和应用层。

感知层是物联网的皮肤和五官-用于识别物体，采集信息。

Zigbee入门指导（一）——基于CC2430的Zigbee开发环境的建立logiclimit 写在前面的话：临近毕业，把之前做过的一些项目的内容加以整理，和大家一起分享，请高手指教，欢迎同辈间交流，希望后来者能少走一些弯路。

Zigbee入门指导源于大三时的课程设计《无线心电采集系统》中的Zigbee网络部分。

Zigbee入门指导预定为三篇，分为：1、开发环境的建立；2、运行Zigbee例程；3、基于Zigbee的一主多从的数据采集系统，大概在一个月内整理完毕。

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Zigbee是一种近距离低功耗低速率无线网络，使用免费的2.4GHz频段，主要用于无线传感器网络、智能家居等方面。

很多公司都推出了自己的Zigbee芯片和模块，我使用的是基于Ti 公司CC2430，由无线龙公司生产的Zigbee模块，使用的Zigbee 协议栈版本为TI_ZStack-1.4.3-1.2.1（对应标准的Zigbee 2006）。

本篇主要讲述其开发环境的建立方面的内容。

使用的开发环境为：windows7、IAR 8051 7.30B。

需要指出的是，Ti目前主推的是其CC2530模块，使用IAR 8051 7.50版本，支持Zigbee 2006 pro及Zigbee 2007，由于笔者没有CC2530及IAR 8051 7.50，故无法保证本文中的内容适用于CC2530及相关的开发环境和协议栈。

之前开发时使用的操作系统是Win XP，故本文所说的内容同样适用于win XP系统。

本文已假定读者了解IAR软件和cc2430单片机功能的使用，具有一定的C语言基础和嵌入式开发经验。

由于之前只有一个学期时间，还要完成相关模拟采集电路的设计，故Zigbee部分只完成网络的建立、数据的收发及控制的内容，稍显粗鄙，请勿见笑。

一、安装IAR 8051 7.30B使用管理员权限运行安装程序EW8051-EV-730B.exe，根据提示输入相应的注册码，完成相关的安装。

基于ZigBee的医疗呼叫系统设计文章设计了一种医疗呼叫系统，通过ZigBee模块CC2530芯片使终端、路由和协调器组网，通过终端按键向协调器发送指令，在协调上的液晶显示按键发送的指令，医护人员可根据实际需要对病人进行医疗照顾。

运用这种技术能使病人摆脱医疗系统的束缚，给病人自由，同时不同于传统的复杂的接线方式，更简单方便。

标签：ZigBee CC2530；无线呼叫；设计1 系统设计（1）总体设计包括终端、路由、协调器，总体框图如图1所示。

图1 系统设计总体框图（2）硬件设计。

用这个ZigBeecc2530作为整个系统的核心模块，如图2所示，本系统通过终端按键模块，CC2530芯片处理指令，再通过天线收发，把从终端收集到的信号通过内部AD转换到CC2530芯片内部处理，在通过液晶显示和蜂鸣器报警。

图2 系统模块（3）ZigBee CC2530模块。

ZigBee CC2530是8051位内核，是增强型的8051，采用协议栈IEEE802.15 组网的，它的目标是于低速率短距离的无线个人域网。

它具有内部AD，能实现AD转换功能，通过天线收发，完成报警和液晶显示信息。

（4）按键模块。

通过三个按键触发，按键S1是发送输液信息，按键S2发送急救信息，按键S3是复位键。

图3 按键模块原理图（5）天线模块。

本设计采用的是一个非平衡单极子天线，需要一个平衡-不平衡变换器，图4中L2、C10、C12和L3构成巴伦电路。

巴伦的目的是在TX 模式下，把两个差分RF引脚的输出结合为一个单端50欧姆RF信号，以及在RX模式下把单端50欧姆天线信号分成两个差RF信号。

图4 天线模块原理图（6）晶振模块。

通过晶振模块提供12MHz的振荡信号。

如图5所示。

图5 晶振模块原理图（7）液晶显示。

通过CC2530处理的指令，在OLED液晶显示呼叫信息。

如图6所示。

（8）报警模块。

通过从CC2530处理来的2个不同的信号，以不同的频率在蜂鸣器上报警，如图7所示。

基于zigbee技术的家居环境监测系统的设计与实现最终版摘要：环境是人们赖以生存的必要条件，随着现代化信息技术的迅猛进展和提高，人们对自己的生活环境有了更高的要求，期望自己的生活环境健康、舒服。

近些年，专门是人类在信息技术上的快速进展，使得各种无线通信技术有了前所未有的突破，无线技术在智能家居上的应用将越来越广泛。

因此，本文利用ZigBee技术设计出了这种无线家居环境监测系统。

该系统中，传感器节点〔即终端节点〕能够选择温度、湿度、亮度等传感器，同时能够依照需求添加或减少传感器节点。

因此本文无线网络终端模块选用的CC2530芯片为平台，以实现信息数据的接收与发送。

此芯片内置8051内核的单片机内核，并有一定的内存空间，故只要加上些少许外围电路就能够实现功能，无需再加单片机。

在数据接收端〔即和谐器节点〕收到的数据处理传送到PC机上显示。

为了让用户方便监测数据，本文在PC机上设计了显示界面，让人们更加方便操作及监测数据。

本系统运行可靠，能正确猎取环境数据，实现实时监测。

关键词：ZigBee;无线传感器网络;环境监测;智能家居Design and Realization of Household EnvironmentMonitoring System Based on ZigBee TechnologyAbstract：Environment is a necessary condition for survival. With the rapid development and improvement of modern information technology, people have higher requirements for their living environment. They hope they live healthily and comfortably. During recent years, especially the quick development of information technology which enables all kinds of wireless communication technology to improve unprecedentedly. So,the thesis utilizes ZigBee technology to exploit and design the wireless home environmental monitoring system. In the system, the sensor node(as well as terminal node) can choose temperature, humidity, brightness etc. Therefore, the wireless network terminal module of the thesis choose the CC2530 chip as the platform for realizing receiving and sending of the information data. The chip has a single chip with 8051 core and has certain memory space. Thus, it can realize its function by adding a little peripheral circuit without extra single chip. The received data processing in the data receiving terminal(that is coordinator node) send to PC for people’s real-time monitoring. The thesis designed the display interface in PC for people’s operation and data monitoring conveniently. The system works reliably which can obtain correct environmental data and realize real time monitoring.Keywords：ZigBee;Wireless sensor networks; environmental monitoring; smart home名目前言 0第1章绪论 (1)1.1 本文的研究背景 (1)1.2 智能家居环境监测系统的特点 (1)1.3 本文要紧研究内容 (2)1.4 开发工具及开发环境的介绍 (2)1.4.1 系统软件开发环境介绍 (3)1.4.2 上位机软件开发环境介绍 (4)第2章 ZigBee技术的概述 (6)2.1 ZigBee技术的概念 (6)2.2 ZigBee技术的特点 (7)2.3 ZigBee网络设备组成和网络结构 (7)2.4 ZigBee的协议分析 (8)2.4.1 网络层〔NWK〕 (9)2.4.2 应用层〔APP〕 (10)2.5 本章小结 (11)第3章系统的总体设计 (12)3.1 系统结构 (12)3.2 系统功能定义 (12)3.3 系统设计要求 (14)3.4 本章小结 (14)第4章系统的硬件设计 (15)4.1 ZigBee硬件选型 (15)4.2 节点硬件设计 (17)4.3 本章小结 (20)第5章系统的软件设计及实现 (21)5.1 软件部分总体介绍 (21)5.1.1 软件设计整体流程 (21)5.1.2 和谐器的自动组网流程 (21)5.2 和谐器节点软件实现 (24)5.3 传感器节点软件设计 (26)5.4 本章小结 (27)第6章上位机软件实现及测试 (28)6.1 上位机软件实现 (28)6.2 软件测试 (29)6.3 本章小结........................................ 错误!未定义书签。