ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究

楊　娜

（延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院理工系,西安 710100）

ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究

楊娜

（延安大學(xué)西安創(chuàng)新學(xué)院理工系,西安 710100）

ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是基于ZigBee無(wú)線通信協(xié)議而構(gòu)建的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，具備短距離、低速率、低成本、低功耗等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于無(wú)線數(shù)據(jù)采集與控制領(lǐng)域。本文介紹ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的概念、特點(diǎn)以及無(wú)線數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并分析ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用技術(shù)。

ZigBee;無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò);無(wú)線數(shù)據(jù)采集;無(wú)線控制;應(yīng)用

1　ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)介

1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)大量傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過(guò)無(wú)線通信方式形成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用于采集和處理監(jiān)測(cè)區(qū)中被感知對(duì)象的信息，以無(wú)線通信方式發(fā)送給觀察者。它具有大規(guī)模、自組織、動(dòng)態(tài)性等特點(diǎn)，應(yīng)用于無(wú)線數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域[1]。

1.2 ZigBee

ZigBee定義了短距離、低數(shù)據(jù)傳輸速率的無(wú)線通信協(xié)議，為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)提供相應(yīng)通信標(biāo)準(zhǔn)。它具有低功耗、低成本、低速率、高可靠性等特點(diǎn)，應(yīng)用于短距離無(wú)線數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)，傳輸少量數(shù)據(jù)及控制信息[2]。

1.3 ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)利用ZigBee協(xié)議構(gòu)建無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)采集以及控制。ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分為協(xié)調(diào)器、路由器和終端節(jié)點(diǎn)。協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建立，與上位機(jī)交互；路由器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)路由；終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集傳感器數(shù)據(jù)，發(fā)送至協(xié)調(diào)器及接收協(xié)調(diào)器發(fā)送的控制指令。閱讀大量文獻(xiàn)，總結(jié)ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無(wú)線數(shù)據(jù)采集與控制的基本系統(tǒng)框架，如圖1。

其中，終端節(jié)點(diǎn)定時(shí)采集傳感器數(shù)據(jù)，通過(guò)協(xié)調(diào)器建立的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，路由器進(jìn)行數(shù)據(jù)路由，最終數(shù)據(jù)無(wú)線傳送到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再將數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳輸至PC機(jī)，或通過(guò)其它傳輸協(xié)議傳送至手機(jī)等用戶終端；同時(shí)，用戶控制命令可由協(xié)調(diào)器經(jīng)過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)，最終發(fā)送至終端節(jié)點(diǎn)，操作控制節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)控制功能。設(shè)計(jì)者可將圖1作為ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，從而研究具體的應(yīng)用功能。

2　ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

從大量文獻(xiàn)看出，ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用涉及社會(huì)各個(gè)方面，可分為生活生態(tài)環(huán)境監(jiān)控以及生產(chǎn)監(jiān)控兩大類。

在生活生態(tài)環(huán)境監(jiān)控方面，涉及空氣質(zhì)量、海洋等生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)，醫(yī)療監(jiān)測(cè)，圖書館、校車安全等校園環(huán)境監(jiān)測(cè)，智能家居、智能餐廳等生活環(huán)境監(jiān)控領(lǐng)域。其中，一種空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)利用傳感器采集空氣污染氣體濃度，通過(guò)ZigBee模塊傳輸至計(jì)算機(jī)，以分析空氣質(zhì)量[3]。文獻(xiàn)[4]研究了病人體溫檢測(cè)系統(tǒng)，創(chuàng)建ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，將病房中病人體溫傳至護(hù)士站，提高監(jiān)護(hù)水平。為妥善保存圖書，圖書館環(huán)境監(jiān)測(cè)利用ZigBee技術(shù)，采集圖書館環(huán)境參數(shù)至電腦，當(dāng)超出圖書保存條件時(shí)報(bào)警及控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作[5]。文獻(xiàn)[6]研究了無(wú)線智能家居，手機(jī)WIFI連接電腦，以ZigBee網(wǎng)絡(luò)為橋梁，協(xié)調(diào)器與終端節(jié)點(diǎn)組成星型結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)溫濕度數(shù)據(jù)采集及手機(jī)控制家居設(shè)備。

在生產(chǎn)監(jiān)控方面，涉及農(nóng)業(yè)環(huán)境監(jiān)控，電力、礦山等生產(chǎn)安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。其中，文獻(xiàn)[7]研究了草莓栽培溫室大棚系統(tǒng)，智能傳感器采集空氣、光照等數(shù)據(jù)，使用ZigBee無(wú)線通信協(xié)議以及4G網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器、手機(jī)及計(jì)算機(jī)，根據(jù)需要下達(dá)通風(fēng)、控制遮陽(yáng)簾等命令。文獻(xiàn)[8]研究了電力設(shè)備信息系統(tǒng)，智能電網(wǎng)中部署傳感器節(jié)點(diǎn)，采集電力設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的溫濕度、甲烷等信息，通過(guò)ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳送至監(jiān)控界面，以便電力人員分析。文獻(xiàn)[9]針對(duì)礦井安全生產(chǎn)，采用ZigBee技術(shù)，實(shí)現(xiàn)井下環(huán)境參數(shù)無(wú)線傳輸，井下人員攜帶身份識(shí)別卡，以采集人員信息并無(wú)線傳輸至監(jiān)測(cè)站，從而定位人員，預(yù)防井下事故。

3　結(jié)束語(yǔ)

ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是一種新興的無(wú)線數(shù)據(jù)采集與控制技術(shù)，解決了傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)使用有線方式需要人力監(jiān)測(cè)的問(wèn)題。本文總結(jié)了ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)在生活與生產(chǎn)領(lǐng)域已有的應(yīng)用研究，該技術(shù)可以結(jié)合其它無(wú)線通信、嵌入式等技術(shù)，進(jìn)一步改變?nèi)藗兊纳钆c生產(chǎn)方式。

[1]韓旭,文正江,盧鐵江.無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用研究[J].中國(guó)儀器儀表,2011(09).

[2]王小強(qiáng)，歐陽(yáng)駿，黃寧淋.ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[M].化學(xué)工業(yè)出版社,2012(05).

[3]許元,牛熠,肖達(dá)根.一種空氣質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電子技術(shù)與軟件工程,2016(02).

[4]鄭英,李香菊,王迷迷,張立珍.基于NTC和ZigBee技術(shù)的病房病人體溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2016(02).

[5]楊勇,周雪琴.基于ZigBee的圖書館環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].微處理機(jī),2016(03).

[6]李泊鋒,王亞剛.基于ZigBee無(wú)線技術(shù)的智能家居系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子科技,2016(03).

[7]楊敏.基于ZigBee的草莓栽培溫室大棚系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子世界,2016(03).

[8]潘洋.基于ZigBee的電力設(shè)備信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦編程技術(shù)與維護(hù),2016(03).

[9]朱慶豪.基于ZigBee的井下人員定位系統(tǒng)研究 [J].現(xiàn)代電子技術(shù),2016(03).

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.21.129

楊娜（1990-）,女,碩士研究生,助教,主要研究方向：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、智能控制,從事物聯(lián)網(wǎng)工程教學(xué)工作。