致谢 24

附录 25

1 绪论

在现代工业领域，温度数据采集具有重要的应用，例如在对药品贮藏中，不同药品有不同的贮存温度。若药品贮藏条件不当，会发生物理、化学变化，使疗效降低，不良反应增多，甚至引起生命危险。

在传统意义上，温度数据要通过有线方式进行传输，具有传输速度快，可靠性高的优点。然而，在一些恶劣的环境下，某些地区已经很难使用有线连接。因此，无线传输占上优势，已被广泛应用。以采用何种形式来进行无线通信，如何利用无线通信技术完成安全、高效的数据传输工作，还有如何降低无线网络系统能耗等课题研究也变得非常的有意义。

本文设计针对有线数据采集传输过程中存在的问题和不足，提出了一种基于ZigBee技术的温度数据采集系统。把ZigBee技术引入到温度数据采集，通过每个终端节点的温度传感器进行温度采集，数据最终将通过协调器传送到PC机，实现远程监控功能。此方法弥补了使用有线因布线而带来的成本问题，具有灵活、可靠性高的特点。因此，使用ZigBee无线传感器网络是解决温度数据收集的一种可行的途径。

2 关键技术

2。1 ZigBee设备类型

在ZigBee网络中，节点是基本构成单元。在一个无线个人区域网（PAN）中，按照设备所具有的通行能力，定义了两个物理设备类型：一种是具有完整功能的设备（FFD），另一种是简化功能的设备（RFD）。 RFD设备主要用于相对小的数据量的简单应用，传输的数据量相对较少，价格便宜。 FFD设备是比较强大的，能够处理更复杂的数据。一个FFD可以和多个RFD通信，而一个RFD只能和一个FFD通信。 RFD和FFD通过复合应用程序，可以设置一个低速率无线个人区域（PAN）。这种低速率无线个人区域安装简单，拥有可靠的数据传输，低成本，低功耗。

ZigBee网络定义了三种功能设备类型：协调器（PAN Coordinator）、路由器（Router Node）、终端节点（End Device）。协调器的主要功能是建立网络，对网络进行管理和控制，并保存着网络的一些基本信息。路由器主要是实现加入其他节点，转发数据，路由发现和路由维护的功能。终端节点的功能相对简单，在无线传感网络中，主要实现数据采集和数据发送的功能[8]。表1显示ZigBee协议的设备类型：

表1 ZigBee协议的设备类型[4]

功能设备 IEEE设备类型 典型功能

协调器 FFD 建立和维护网络，分配网络地址，支持绑定表

路由器 FFD 扩大了网络的覆盖范围，可执行监测或控制功能

终端节点 FFD或RFD 执行监测或控制功能

2。2 ZigBee网络拓扑结构

ZigBee网络有三种网络拓扑结构：星型拓扑结构、树状拓扑结构和网状拓扑结构，而树状结构和网状结构就是IEEE802。15。4中所支持的对等结构[8]。ZigBee三种网络拓扑结构如图1所示：

图1 网络拓扑结构

（1）星型网络拓扑结构由一个协调器和多个终端节点组成。终端节点只能与协调器通信，如果一个终端节点要和另一个终端节点进行数据传输，它只有先把数据发送给协调器，然后协调器再将数据发送给另一个终端节点。

星型网络的最大特点是结构简单，简单的结构使星型网络设备的成本较低，管理更加的方便。但是由于每个终端节点必须在协调器的覆盖范围内，所以星型结构限制了网络的覆盖范围，灵活性较差。到目前为止，星型网络是最常见的网络拓扑结构，通常应用在家庭自动化、PC外围设备以及个人健康检查等小范围领域。