基于802.15.4协议的无线通信模块的设计与实现

论文总字数：27666字

摘 要

近些年来，人们的生产行为和生活方式都发生了重大变革。远程操控，作为一项关乎人生活生产的技术，它的重要性逐渐被人们所重视和了解。大到企业的生产管理，大量的现场物理量，比如环境参数、工艺数据都需要进行实时的检测监督。小到每家每户，可以实现对家居家电的智能管理以及成为人们的诉求。除此之外，基于此概念形成的ZigBee智能照明在减少成本，节能减排方面有着很大的应用意义。

IEEE802.15.4协议是包括低速无线网络的PHY层和MAC层。它是ZigBee、WirelessHART、6LoWPan等协议的基础。因此，本文在研究IEEE802.15.4的基础上，深入研究了Z-Stack协议栈，分析了Z-Stack协议栈的软件架构、地址模式、网络通信模式、事件处理等方面。

本文采取CC2530 ZigBee模块结合Z-Stack协议栈，进行多个节点的支持性组网，可以实现终端的自动加入网络、掉电重启重组网、串口通信、串口透传等功能，最终实现Coordinator根据根据外界光强控制灯板的模块设计。

关键词：802.15.4 ZigBee Z-Stack CC2530

The Design and Implement of Wireless Communications System based on IEEE802.15.4

Abstract

With the development of lifestyle and production methods.Remote control skills,as a skill which is inextricably linked with over life,is increasingly important.In the production management of enterprise,we need to keep an eye on a large amount of actual data all the time,such as environment parameters and process data.Also,network,embedded technology obtains a broad space for development.Its fields of application certainly include intelligent home appliances.Beyond that,wireless sensor network based on this concept has great practical application on energy conservation and pollution reduction.

IEEE802.15.4 standard include wireless medium access control and physical layer specifications.It’s basics of ZigBee,WirelessHART and 6LoWPan.This paper have thoroughly study on the Z-Stack protocol stack on the basics of study in 802.15.4，including software architecture,work flows and event handling mechanism.

This paper selected CC2530 ZigBee modular loaded Z-Stack protocol stack,building Ad hoc network with multiple nodes.The system can implement some functions,such as endpoint join the network automatically,rejoin the network when power down or reset,serial communication and transmission.As a result,the coordinator can control LED board according to outside light intensity.

KEY WORDS: 802.15.4 ZigBee Z-Stack CC2530

目录

摘要 2

Abstract 3

第一章 绪论 6

1.1 研究背景与现状分析 6

1.2 研究目标和内容 6

1.3 论文组织结构 7

第二章 IEEE802.15.4协议分析 7

2.1 IEEE802.15.4物理特性 7

2.2 IEEE802.15.4网络构建与网络拓扑 8

2.2.1 Star网络拓扑及构建过程 8

2.2.2 peer-to-peer网络拓扑及构建过程 8

2.3 IEEE802.15.4数据传输模式 9

2.3.1 Star—到Coordinator的数据传输 9

2.3.2 Star—来自Coordinator的数据传输 10

2.3.3 peer-to-peer网络数据传输 11

2.4 IEEE802.15.4MAC帧结构 11

第三章 Z-Stack协议栈代码分析 13

3.1 Z-Stack协议框架 13

3.2 Z-Stack文件结构 14

3.3 Z-Stack地址模式分析 15

3.4 Z-Stack网络通信模式 15

3.5 Z-Stack初始化与事件处理 16

3.6 Z-Stack路由和组网流程 18

3.6.1 路由协议 21

3.6.2 路由表存储 21

3.6.3 组网流程分析 22

第四章 系统设计与实现 22

4.1 系统结构概述 25

4.2 系统硬件平台 25

4.2.1 CC2530简介 25

4.2.2 晶振 25

4.2.3 底板硬件资源 26

4.2.4 光敏传感器与继电器 26

4.3 无线通信模块实现过程 28

4.3.1 无线数据收发实现 29

4.3.2 协议捕捉与分析 29

第五章 基于无线通信模块的灯控系统 34

5.1串口通信调试 35

5.2 OLED显示调试 35

5.3 无线灯控实现 37

第六章 总结与展望 38

6.1 论文总结 39

6.2 工作展望 39

致谢 39

参考文献 39

附录 40

第一章 绪论

1.1 研究背景与现状分析

在几乎所有电子设备中存在的嵌入式控制与监测应用，随着其爆炸式的增长，这些应用间相互通信的需求正在引发瓶颈问题。为了解决这个问题，制造商们使用了各种不同的通信接口(标准的或专有的)创建独有的任务，以此来实现应用间的相互通信。传统的通信链路是通过有线方式实现的，既能为控制器和外围设备供电，还能为两者之间提供可靠的信号传输。但是，当这些外围设备实体不是被包含在控制器里时，有线布线将会带来诸如安装成本、安全以及线缆操作的便利性问题。无线技术能有效的规避这些弊端，但是它同时也面临着很多挑战，例如传播、干扰、信息安全、规则和一些其他问题。能克服这些问题的无线技术存在，但随之增加系统的复杂性，从而导致系统成本的增加。

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