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基于ZigBee2006的无线传感器网络设计与实现的中期报告

导言：

本中期报告主要介绍基于ZigBee2006协议的无线传感器网络（WirelessSensorNetworks，WSN）的设计与实现。ZigBee是一种基于IEEE802.15.4标准的低速率、低功耗、低成本的无线网络协议，其特点是低功耗、低数据传输速率、低成本等，适用于短距离室内无线通信。本项目旨在利用该协议设计和实现一个适用于多种环境监测的无线传感器网络系统，包括传感器节点、网络拓扑结构、数据传输协议等多个方面。

一、系统架构与设计

1.系统概述：

本系统由多个传感器节点、中继节点及一个协调器节点组成。传感器节点采集各自环境数据并通过中继节点上传给协调器节点，协调器节点负责对数据进行汇总、分析并将结果传回终端设备，如电脑、手机等。

2.传感器节点：

传感器节点是本系统的核心部分，由传感器、微处理器、通信模块和电源模块组成。其中，传感器负责采集环境数据，微处理器进行计算和控制，通信模块采用ZigBee协议进行通信，电源模块提供节点所需的电源。

3.中继节点：

中继节点的主要作用是将传感器节点采集到的数据进行中转，负责数据的缓存和转发。中继节点可以是传感器节点中的一个，也可以是一个单独的节点。

4.协调器节点：

协调器节点是整个系统的管理节点，主要负责数据的处理、管理、分配以及与终端设备的通信。协调器节点和终端设备之间采用串口通信。

5.网络拓扑结构：

本系统采用星型拓扑结构，即所有传感器节点都直接连接到中继节点，而中继节点再连接到协调器节点。

二、硬件设计

1.硬件平台：

本系统硬件平台采用ZigBee2006协议标准的ATmega128芯片，集成了自适应频率跳频和低功耗模式等特性。

2.传感器：

本系统中使用了多种传感器，包括温度传感器、湿度传感器、气压传感器和光照传感器等。

3.通信模块：

通信模块采用ZigBee2006协议实现，基于ATmega128芯片和CC2530模块。

4.电源模块：

电源模块采用锂电池供电，通过DC/DC变换芯片进行电压升降转换，并通过LDO稳压芯片输出恒定电压给各个电路模块供电。

三、软件设计

1.传感器节点软件设计：

传感器节点任务是采集环境数据并将数据发送到中继节点。代码主要分为两个线程：数据采集线程和ZigBee通信线程。数据采集线程负责采集环境数据并打包成数据包，ZigBee通信线程通过ZigBee协议将数据发送到中继节点。

2.中继节点软件设计：

中继节点任务是接收传感器节点发送的数据，并将数据缓存后转发给协调器节点或其他中继节点。代码主要分为两个线程：ZigBee通信线程和数据转发线程。ZigBee通信线程负责接收从传感器节点发送的数据，并缓存在中继节点中；数据转发线程负责将缓存在中继节点中的数据转发给协调器节点或其他中继节点。

3.协调器节点软件设计：

协调器节点任务是接收中继节点发送的数据，并进行分析、处理，最后将处理后的数据传输给终端设备。代码主要分为两个线程：ZigBee通信线程和数据处理线程。ZigBee通信线程负责接收从中继节点发送的数据，并将数据传输给数据处理线程；数据处理线程负责分析、处理从中继节点接收到的数据，并将处理后的数据传输给终端设备。

四、实验结果

1.网络连通性测试：

在本系统中，传感器节点数量和覆盖范围对网络的性能有着很大的影响，因此需要进行网络连通性测试。测试结果表明，本系统在传感器节点数目较少和节点分布较集中的情况下，网络性能良好。

2.数据采集和处理测试：

在本系统中，传感器节点通过采集环境数据并将数据上传到协调器节点，最终通过终端设备显示和处理。测试结果表明，本系统能够准确采集环境数据并进行传输和处理。

五、总结

本项目设计了基于ZigBee2006协议的无线传感器网络，并对传感器节点、中继节点、协调器节点等方面进行了详细的硬件和软件设计。通过实验测试，证明了本系统具有一定的连通性和稳定性，能够实现环境数据的采集、传输和处理。