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【摘要】 Zigbee网络是基于zigbee技术而构建的一种短距离低速无线个域网络(Low-ratewireless personal area network, LR-WPAN)，这种低速率无线个人区域网的网络结构简单、成本低廉，具有有限的功率和灵活的吞吐量。LR-WPAN主要目标是实现安装容易、数据传输可靠、短距离通信、非常低的成本以及功耗，并拥有一个简单而灵活的通信网络协议。它可以作为工业控制、环境监测、商业监控、汽车电子、家庭数字控制等低速网络的基础框架网络。网络协议底层采用的是IEEE802．15．4标准。本文中，提出了一种基于Zigbee技术的无线通信网络架构，即Zigbee网络。设计了网络系统的总体结构包括系统节点硬件平台、节点应用软件平台。采用最新的片上型系统CC2430芯片作为节点硬件设计的核心。为扩充绑定表实现绑定表无限量存储以及实时观察网络和节点信息，设计了协调器节点与PC机硬件通信接口和协调器节点上位机软件平台。该网络系统采用MSSTATE LRWPAN协议栈作为网络通信协议，该协议栈源码完全公开，易移植、易维护、易扩展、代码空间小(约为32K)。从硬件测试结果来看，节点硬件具有很高的接收灵敏度，较为理想的通信距离；从网络测试结果来看，在该协议基础上网络构建速度快，网络通信时延低，网络数据传输效率高，网络自组织自修复能力强以及具有良好的网络延展性。本论文主要研究内容有：结合最新的Zigbee通信规范深入研究了MSSTATE LRWPAN协议栈实现机制，提出了Zigbee网络组网方案，实现了Zigbee树型网络组网；采用最新的Zigbee标准芯片CC2430作为网络节点的核心器件，设计和实现了低成本的无线通信模块；实现了PC机与协调器节点的接口设计及接口通信协议设计；设计并实现了远程无线监测与数据传输网络软件平台即协调器节点上位机软件，在该平台上实现了网络及节点信息汇聚、节点动态绑定、节点数据收发。
【关键词】 Zigbee网络； CC2430； 无线单片机； MSSTATE_LRWPAN协议栈；
摘要 4-5
Abstract 5-6
目录 7-10
引言 10-11
1 绪论 11-14
1.1 Zigbee技术概述 11
1.2 课题背景及国内外研究概况 11-13
1.2.1 课题背景 11-12
1.2.2 国内外研究概况 12-13
1.3 本论文主要工作 13-14
2 Zigbee标准与Zigbee技术应用前景 14-26
2.1 Zigbee标准概述 14-16
2.1.1 IEEE802.15.4/Zigbee标准简介 14
2.1.2 Zigbee标准中关键概念描述 14-16
2.2 Zigbee协议栈架构 16-22
2.2.1 Zigbee协议栈架构 16-21
2.2.2 原语概念 21-22
2.3 Zigbee网络数据传递机制 22-24
2.3.1 网络寻址规定 22-23
2.3.2 网络中的数据传递机制 23-24
2.4 Zigbee技术应用前景 24-26
3 Zigbee网络组网方案 26-36
3.1 组网方案概述 26
3.2 Zigbee网络拓扑 26-31
3.2.1 Zigbee网络拓扑概述 26-27
3.2.2 Zigbee网络拓扑结构 27-31
3.3 Zigbee组网流程 31-32
3.4 Zigbee树路由算法 32-36
4 Zigbee网络节点硬件设计 36-46
4.1 Zigbee网络节点硬件设计概述 36
4.2 CC2430无线单片机简介 36-39
4.2.1 CC2430芯片的主要特点 36-37
4.2.2 CC2430内部结构 37-38
4.2.3 CC2430外围参考电路 38-39
4.3 无线收发模块设计 39-42
4.3.1 无线收发模块设计原理及功能 39-40
4.3.2 2.4GHz微带天线参考设计 40-41
4.3.3 巴伦(Balun)参考设计 41-42
4.4 无线测试模块设计 42-44
4.4.1 无线测试模块设计原理及功能 42-43
4.4.2 供电电路设计 43-44
4.4.3 RS232串口转换电路设计 44
4.5 节点硬件实现 44-46
5 基于MSSTATE_LRWPAN协议栈的Zigbee网络组网实现 46-71
5.1 基于MSSTATE_LRWPAN协议组网概述 46-47
5.2 MSSTATE_LRWPAN协议栈分析与设计 47-56
5.2.1 MSSTATE_LRWPAN协议栈实现机制 47-53
5.2.2 协议数据包格式 53-54
5.2.3 协议栈数据存储空间分配 54-55
5.2.4 短地址冲突与非关联检测处理 55-56
5.2.5 MSSTATE_LRWPAN协议与Zigbee标准的不兼容性 56
5.3 Zigbee树路由算法的实现 56-57
5.4 基于RS232串口通信的节点应用程序设计 57-60
5.5 PC机与协调器节点通信约定 60-62
5.6 WINDOWS平台下的PC绑定程序分析与设计 62-66
5.6.1 windows环境下的PC绑定应用程序 62-63
5.6.2 PC绑定程序界面及功能简介 63-66
5.7 网络组网测试 66-71
5.7.1 节点性能参数测试 66-67
5.7.2 网络性能参数测试 67-68
5.7.3 节点数据多跳传输测试 68-71
总结与展望 71-73
参考文献 73-75
附录A PCB微带天线参数测量结果 75-76
附录B 元器件清单 76-78
附录C 电原理图 78-80
附录D PCB图 80-82
攻读硕士学位期间发表学术论文情况 82-83
致谢 83-84
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