基于无线数传的数据传输链路和协议设计

论文总字数：26321字

摘 要

本文主要设计出了一个无线传输网络，该网络主要实现的功能是将一栋教学楼的所有教室的投影仪的光亮度数据上传到上位机。

无线数据传输设备相对于有线设备，有着诸多优势，特别适合便携性和机动性要求较强的应用场合。为了实现整个网络各个节点能够自行组网以及网络维护的要求，在具体的设计时，对比现有的几种无线设备的特点，根据ZigBee的低功耗、低复杂度、低成本等优点，本文选择了ZigBee模块作为无线数据传输的载体和整个网络的核心，同时搭建出了一个树型结构的无线传输网络。文中详细介绍了ZigBee协议的各种相关知识，在了解了ZigBee协议的原理以及主要编程方法后，结合IAR软件平台以及Z-Stack协议栈的使用，通过简要分析各个内置函数的作用，设计出了简单的无线数据传输的程序，并且使用CC2530模块进行简单的模拟。

在经过必要的软硬件设计后，最终使用计算机模拟实现了无线数据的传输。

关键词：ZigBee、通讯协议、无线数传、Z-Stack协议栈

Design of data transmission link and protocol based on wireless data transmission

Abstract

In this paper, we design a wireless transmission network, which main function is to upload projector brightness data of all classrooms in a building to the host computer.

Compare to wired devices, wireless data transmission device has many advantages, especially for those applications which demands more portability and maneuverability. In order to achieve the various nodes throughout the network to its own network, and network maintenance requirements, By contrast the advantages and disadvantages of several existing wireless devices, because ZigBee needs less power, costs less than others and has low-complexity, we Select a ZigBee module as the core wireless data transmission carrier and the entire network than built a tree structure wireless transmission network. This paper describes various knowledge of the ZigBee protocol, after learning of the ZigBee protocol principle and the main programming method, combined with IAR software platforms and Z-Stack protocol stack used by a brief analysis of the role of each built-in function, we designed a simple wireless data transmission process, and use the CC2530 module realize a simple simulation.

After the necessary hardware and software design, we use computer simulation to achieve the transfer of wireless data at last.

KEY WORDS: ZigBee, communication protocol, wireless transmission, Z-Stack protocol stack

目 录

摘要 ……………………………………………………………………………………Ⅰ

Abstract …………………………………………………………………………… Ⅱ

1. 绪论 ………………………………………………………………………1

1.1 引言 …………………………………………………………………………………1

1.2 无线数据传输发展现状 ……………………………………………………………1

1.3 无线传输系统概述 …………………………………………………………………1

1.4 无线传输方式介绍 …………………………………………………………………2

1.4.1 蓝牙技术 …………………………………………………………………2

1.4.2超带宽通信技术 ……………………………………………………………2

1.4.3 wifi技术 ………………………………………………………………2

1.4.4 ZigBee技术 …………………………………………………………………2

1.4.5 ZigBee技术与其他无线通讯协议的比较 …………………………………2

1.5 本文的研究目的和主要的研究内容 ………………………………………………3

第二章 ZigBee技术相关知识 …………………………………………………………………4

2.1 ZigBee协议的体系结构 ………………………………………………………………4

2.1.1 物理层 ……………………………………………………………………4

2.1.2 MAC层 ……………………………………………………………………5

2.1.3 网络层 ……………………………………………………………………7

2.1.4 应用层 ……………………………………………………………………8

2.2 ZigBee网络介绍 ……………………………………………………………………9

2.2.1 ZigBee网络设备的组成 ……………………………………………………9

2.2.2 ZigBee网络拓扑结构 ……………………………………………………9

2.2.3 ZigBee网络的组网流程 ……………………………………………………10

2.3 Z-Stack协议栈 ……………………………………………………………………11

2.3.1 网络寻址 …………………………………………………………………12

2.3.2 绑定机制 …………………………………………………………………13

2.3.3 ZigBee路由协议 ……………………………………………………………14

2.4 本章小结 ………………………………………………………………………14

第三章 系统硬件设计 ………………………………………………………………………15

3.1系统需求分析 ………………………………………………………………………15

3.2系统总体架构 ………………………………………………………………………15

3.3系统硬件结构 ………………………………………………………………………16

3.4 ZigBee网络芯片 ……………………………………………………………………16

第四章 系统软件设计 …………………………………………………………………………19

4.1 软件开发平台介绍 …………………………………………………………………19

4.1.1 IAR ………………………………………………………………………19

4.1.2 Z-Stack协议栈 ……………………………………………………………19

4.2 无线传输程序设计 …………………………………………………………………24

4.3 协调器程序设计 ……………………………………………………………………29

4.4 终端节点程序设计 ………………………………………………………………30

4.5 路由节点程序设计 ………………………………………………………………31

4.6 本章小结

第五章 系统调试 ………………………………………………………………………………33

5.1 软件调试与运行 …………………………………………………………………… 33

5.2 组网测试 ……………………………………………………………………………34

5.3 硬件实物图 …………………………………………………………………………35

5.4 系统的功能扩展 ……………………………………………………………………35

总结 ……………………………………………………………………………………………37

谢辞 ……………………………………………………………………………………………38

参考文献 …………………………………………………………………………………………39

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