基于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

1、'論文發(fā)表專家一j中國學(xué)木期刊網(wǎng)以ww.qikanwang.nel基于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計摘要：為了更好地對各種水環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測，在zigbee協(xié)議的基礎(chǔ)上，以ti的cc2430/cc2431無線芯片為核心構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，在實驗室用水槽模擬的水環(huán)境中對水溫、電導(dǎo)率（以電壓形式）指標(biāo)進(jìn)行了實時監(jiān)測。實踐證明：該方法構(gòu)成的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)組網(wǎng)簡單、方便、便宜，也易于維護(hù)、擴展，有很大的推廣前景。關(guān)鍵詞：zigbee，cc2430,無線網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點，組網(wǎng)【基金項目】武漢科技大學(xué)基金資助項目（2010050x）;武漢科技大學(xué)創(chuàng)新基金。隨著我國工業(yè)水平的迅速發(fā)展，在給我們

2、創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益的同時，環(huán)境問題也越來越突出。水乃生命之源，對水環(huán)境監(jiān)測以保證生活、工業(yè)、農(nóng)業(yè)用水安全，成為人們越來越關(guān)注的焦點。目前國內(nèi)水環(huán)境監(jiān)測大都采用兩種方式：便攜式水質(zhì)監(jiān)測儀進(jìn)行人工采樣，由于無法遠(yuǎn)程實時檢測水質(zhì)參數(shù)，該方法監(jiān)測周期長、勞動強度大、時效性差、針對性差；采用有線在線監(jiān)測，因為采用有線，所以對環(huán)境的破壞性大、監(jiān)測范圍小，同時費用也比較高。以上兩種方法都不能適應(yīng)和滿足當(dāng)前信息化管理的要求。由國外自上世紀(jì)90年代后期大力發(fā)展水環(huán)境實時自動監(jiān)測系統(tǒng)，并已實現(xiàn)產(chǎn)品化，應(yīng)用廣泛，數(shù)據(jù)采集和傳輸速度較快。主要有美國ysi的水質(zhì)垂直剖面自動監(jiān)測系統(tǒng)，美國hach公司的供水管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測系

3、統(tǒng)等。雖然他們提供的系統(tǒng)測量參數(shù)多、精度高、性能醫(yī)一論文發(fā)袤專家一J中國黠斛網(wǎng)fwww.qikanwang.nel好，但價格昂貴、操作復(fù)雜、安裝環(huán)境要求高，不適合我國現(xiàn)狀因此由無線傳感器組成的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)越來越受到人們的青睞。zigbee與其他的藍(lán)牙和wi-fi等無線通信標(biāo)準(zhǔn)相比，有功耗低，成本小，網(wǎng)絡(luò)容量大，時延短，安全性高等優(yōu)點。它的通信距離可達(dá)10100m鑒于以上分析，本文設(shè)計的無線網(wǎng)絡(luò)是建立在zigbee協(xié)議的基礎(chǔ)上的組網(wǎng)方案，以ti(texasinstruments)的cc2430/31芯片為硬件電路的核心構(gòu)成各個節(jié)點，最后編寫上位機分析軟件來處理并顯示傳感器送回的數(shù)據(jù)。1.zegb

4、ee協(xié)議棧zegbee協(xié)議棧體系結(jié)構(gòu)如圖1所示。它是對標(biāo)準(zhǔn)的7層開放式系統(tǒng)互聯(lián)(osi)模型中對那些涉及zegbee的層予以定義的。iee802.15.4對物理層phy(physicallayer)和介質(zhì)控制子層mac(mediaaccesscontrol)進(jìn)行定義的，zegbee聯(lián)盟定義了網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。其中zegbee的通信頻率由物理層來規(guī)范，負(fù)責(zé)開啟和關(guān)閉無線收發(fā)信機、能量檢測、鏈路質(zhì)量指示、空閑信道評估、信道選擇、數(shù)據(jù)收發(fā)和接送；mac層組要負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)器產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信標(biāo)、信標(biāo)同步、支持pan關(guān)聯(lián)和解關(guān)聯(lián)、處理和維護(hù)保證時隙機制等。網(wǎng)絡(luò)層的主要功能就是提供一些必要的函數(shù)，確保zegbee的ma

5、c層正常工作并為應(yīng)用層提供合適的服務(wù)接口(通過服務(wù)實體和管理醫(yī)一論文發(fā)袤專家一J中國黠斛網(wǎng)fwww.qikanwang.nel實體)應(yīng)用層包括應(yīng)用支持子層aps,zegbee設(shè)備對象zdo和廠商定義的應(yīng)用對象。2.基于zegbee的網(wǎng)絡(luò)組建在zigbee網(wǎng)絡(luò)有全功能設(shè)備ffd(fullfuctiondevice)和精簡功能設(shè)備rfd(reducedfuctiondevice)兩種類型。ffd不僅可以發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，還具有路由功能，可以充當(dāng)zigbee終端節(jié)點zed(zigbeeenddevice)，還可以充當(dāng)zigbee協(xié)調(diào)器zc(zigbeecoordinater)和路由節(jié)點zr(zigbeerouter)。而rfd只能充當(dāng)zigbee終端節(jié)點。其中，協(xié)調(diào)器節(jié)點負(fù)責(zé)發(fā)起并維護(hù)一個無線網(wǎng)絡(luò)，識別網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備加入網(wǎng)絡(luò)；路由器節(jié)點支撐網(wǎng)絡(luò)鏈路結(jié)構(gòu)，完成數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)；終端節(jié)點是網(wǎng)絡(luò)的感知者和執(zhí)行者，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和可執(zhí)行的網(wǎng)絡(luò)動作。zigbee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)中定義了三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫问剑謩e為星型、樹型、網(wǎng)狀拓?fù)?。如圖2所示。如上所述的三種網(wǎng)絡(luò)中，星型網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)最簡單。但是所有的數(shù)據(jù)都要通過zc轉(zhuǎn)發(fā)，節(jié)點之間的數(shù)據(jù)路由只有唯一的一個路徑，并且協(xié)