基于ZigBee協(xié)議的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

谷靈莉

摘 要：隨著現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)于資源與環(huán)境的要求成正比不斷地上升，特別是近幾年，我國(guó)的室內(nèi)建設(shè)不斷擴(kuò)大范圍，根據(jù)現(xiàn)在的室內(nèi)建設(shè)發(fā)展背景，設(shè)計(jì)一種基于現(xiàn)在的Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)下的監(jiān)控系統(tǒng)，其研發(fā)主要應(yīng)用在監(jiān)控范圍內(nèi)，實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。這種技術(shù)在我國(guó)的建設(shè)管理中起著重要的控制與監(jiān)督作用，并且對(duì)室內(nèi)的環(huán)境變化以及突發(fā)的各種情況等進(jìn)行詳細(xì)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)室內(nèi)的遠(yuǎn)程操控。

關(guān)鍵詞：Zigbee協(xié)議 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng) 設(shè)計(jì)研究

中圖分類號(hào)：TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）09（b）-0014-03

我國(guó)在近幾年科學(xué)技術(shù)發(fā)展非常迅速，特別是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不僅發(fā)展迅速并且應(yīng)用的范圍非常廣。這種遠(yuǎn)程操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要采用的是將硬件中的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與無線傳感技術(shù)相結(jié)合，將ZigBee中傳感器作為主要的中心點(diǎn)與采集點(diǎn)；利用相關(guān)的系統(tǒng)理論以及控制計(jì)算方式等進(jìn)行管理與核算。根據(jù)相關(guān)資料中顯示這種技術(shù)對(duì)于室內(nèi)的監(jiān)控效果非常明顯，并且將室內(nèi)監(jiān)控等進(jìn)行了提升。文章主要針對(duì)這種ZigBee協(xié)議的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究等方面進(jìn)行詳細(xì)分析，并且根據(jù)相關(guān)的技術(shù)分析等對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述與介紹。

1 Zigbee技術(shù)

在我國(guó)現(xiàn)在的經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下，物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)逐漸成為生活中重要的一項(xiàng)新興科學(xué)技術(shù)，尤其是這幾年發(fā)展范圍已經(jīng)擴(kuò)展到全世界，成為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)以及科學(xué)技術(shù)發(fā)展重要的推動(dòng)力。文章所講到的Zigbee技術(shù)主要是在全面適應(yīng)無線傳感器條件下將其設(shè)計(jì)的成本降低、并且耗費(fèi)能量比較小、擁有高容錯(cuò)性的一種科學(xué)技術(shù)。Zigbee技術(shù)的研發(fā)主要依據(jù)是IEEE 802.15.4。當(dāng)然這種技術(shù)并不是完美無瑕的，針對(duì)這樣的現(xiàn)象，在此基礎(chǔ)技術(shù)上逐漸進(jìn)行技術(shù)升級(jí)，衍生出IEEE更高一級(jí)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行協(xié)議并對(duì)API等相關(guān)的技術(shù)進(jìn)行了規(guī)范化的整理。具體來講，這種Zigbee技術(shù)主要是一種針對(duì)短距離以及周圍速率比較低的情況下設(shè)計(jì)的一種無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

無線傳感器中使用的網(wǎng)絡(luò)連接點(diǎn)需要將其中掌握的數(shù)據(jù)相互之間進(jìn)行交流，主要包含：MAC層、路由器以及連接網(wǎng)絡(luò)接口層與傳感的應(yīng)用層，當(dāng)然若是單單使用傳統(tǒng)的無線連接或是傳統(tǒng)協(xié)議，已經(jīng)不能很好地滿足無線傳感器的相關(guān)要求?；谶@樣的基礎(chǔ)，逐漸發(fā)明了Zigbee協(xié)議，這項(xiàng)協(xié)議產(chǎn)生的基礎(chǔ)是在IEEE 802.15.4的條件下。Zigbee在我國(guó)是一種新型的科學(xué)控制監(jiān)督技術(shù)，同時(shí)文中也提到其自身短距離以及低速率的優(yōu)點(diǎn)為現(xiàn)在的監(jiān)控技術(shù)提供了新的發(fā)展空間。其有自身規(guī)定的協(xié)議以及使用標(biāo)準(zhǔn)，并且在很多比較小的振動(dòng)與傳感器之間相互實(shí)現(xiàn)傳感以及聯(lián)系，并且這些傳感器在工作期間只需要使用比較少的能量就可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的連接與通信，從整體上來講這種技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)連接以及通信方面工作的效率非常高。Zigbee技術(shù)的組成主要是由無數(shù)個(gè)無線傳播的模塊共同組成的一種無線傳播平臺(tái)，并且這種組成模式與現(xiàn)實(shí)中的通信技術(shù)非常相似，不同的Zigbee傳輸模塊就好比通信中的CDMA網(wǎng)絡(luò)，是通信聯(lián)系中的一個(gè)基點(diǎn)，通過各個(gè)基點(diǎn)之間可以使他們相互進(jìn)行聯(lián)系，逐漸形成一種網(wǎng)絡(luò)體系，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)上的連接。

2 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的工作原理以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)現(xiàn)在的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，對(duì)于人們的生活起到了非常大的提升作用，并且人們生活水平不斷提升的過程中對(duì)于很多方面都提出更高的要求，不管是對(duì)生活的環(huán)境還是居住的安全方面都非常重視。所以社會(huì)在進(jìn)行城市建設(shè)期間也對(duì)人們居住的小區(qū)、學(xué)校與醫(yī)院等進(jìn)行了非常全面地安全監(jiān)控安置，制定一項(xiàng)比較全面的安全監(jiān)控系統(tǒng)保證小區(qū)或是學(xué)校的安全，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證安全。在現(xiàn)在IEEE 802.15.4的技術(shù)之上對(duì)Zigbee協(xié)議棧進(jìn)行詳細(xì)地研究與分析，并且在這基礎(chǔ)之上制定了關(guān)于其中的物理層與MAC層的標(biāo)準(zhǔn)。這種協(xié)議棧不僅涉及到網(wǎng)絡(luò)中的很多層面，還對(duì)其中的服務(wù)與質(zhì)量等進(jìn)行監(jiān)督與控制，保證無線網(wǎng)絡(luò)的使用安全。在這種協(xié)議下需要使用3種必要的設(shè)備，其中包括：協(xié)調(diào)器、路由器以及終端設(shè)備。并且每個(gè)協(xié)議中的網(wǎng)絡(luò)都需要一個(gè)Zigbee的協(xié)調(diào)器來進(jìn)行協(xié)調(diào)與控制。在進(jìn)行組織網(wǎng)絡(luò)連接期間這種協(xié)議棧支出多種形式或是結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程監(jiān)控監(jiān)督系統(tǒng)，其中主要是根據(jù)其自身的協(xié)議連接網(wǎng)絡(luò)建設(shè)專業(yè)提供的技術(shù)監(jiān)督平臺(tái)，利用一高科技的終端設(shè)備等進(jìn)行安全監(jiān)督檢測(cè)控制，并且根據(jù)各個(gè)數(shù)據(jù)信息中掌握的數(shù)據(jù)等進(jìn)行遠(yuǎn)程的監(jiān)督與控制，其中工作系統(tǒng)方案簡(jiǎn)潔結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

3 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的硬件設(shè)計(jì)

根據(jù)這種協(xié)議基礎(chǔ)上對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)中的遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)，其中的硬件設(shè)計(jì)主要包括3個(gè)重要部分組成，分為傳感控制模塊與通信模塊以及嵌入式網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵點(diǎn)與視頻制定關(guān)鍵點(diǎn)為主。

3.1 傳感控制模塊的系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)期間需要非常注意關(guān)于這方面的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，模塊設(shè)計(jì)期間主要分為傳感器與繼電器兩種形式，其中這兩者可以利用Zigbee協(xié)議設(shè)計(jì)點(diǎn)中的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，形成傳感器中的控制點(diǎn)與節(jié)制點(diǎn)。在傳感控制模塊設(shè)計(jì)期間使用的傳感器不僅包含濕度的傳感器還包含光度與熱度的傳感器，并且這種濕度的傳感器在設(shè)計(jì)期間因?yàn)榭紤]到濕度的影響，所以主要是利用數(shù)字精準(zhǔn)的傳感器將其中的溫度值與濕度值等進(jìn)行了分辨，并且將傳感器中使用的電源與電壓等設(shè)計(jì)到 V并且電流主要控制在μA。當(dāng)然在進(jìn)行設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中還需要注意關(guān)于數(shù)據(jù)的收集，在進(jìn)行采集期間需要將其進(jìn)行準(zhǔn)確的定時(shí)，將傳感處的電源等進(jìn)行設(shè)置，最好設(shè)置成停止供電的狀態(tài)，這樣可以盡量減少其中關(guān)于能源的損耗與能量的流失。在進(jìn)行光感的傳輸過程中不僅需要對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行詳細(xì)的分析與對(duì)照，還需要對(duì)其中的光照等進(jìn)行收集。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的通信模塊設(shè)計(jì)

在進(jìn)行這種設(shè)計(jì)過程中還需要注意的是關(guān)于通信模塊的設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)主要是對(duì)芯片的選擇方面，在這種設(shè)計(jì)下對(duì)于模塊中的芯片使用型號(hào)一般都是CC2530F256，經(jīng)過科學(xué)分析可以確定這種設(shè)計(jì)主要的使用于比較復(fù)雜的協(xié)議棧中，所以文章在研究這種協(xié)議棧期間使用的都是這種芯片。這種芯片設(shè)計(jì)中比較重視使用設(shè)備的前端，并且在無線使用過程中對(duì)于信號(hào)的收集與散發(fā)能力非常好，并且在設(shè)計(jì)使用期間還需要對(duì)其進(jìn)行密封，因?yàn)樾酒w的使用面積與板塊書比較小，所以需要進(jìn)行嚴(yán)格的保管（圖2）。

文章中提到了3種硬件設(shè)計(jì)中需要注意的問題，詳細(xì)介紹了兩種關(guān)于硬件設(shè)計(jì)中的需要注意的問題，還有一種是嵌入式網(wǎng)管和視頻的設(shè)計(jì)，文章只做簡(jiǎn)單介紹，這種設(shè)計(jì)主要需要注意在進(jìn)行視頻的設(shè)計(jì)與制作以及網(wǎng)關(guān)等涉及制作期間需要保證其設(shè)計(jì)的參數(shù)以及瀏覽。

4 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的軟件設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì)筆者在上文中做了詳細(xì)介紹，下面是對(duì)軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行的詳細(xì)介紹，其中軟件設(shè)計(jì)主要包含協(xié)調(diào)器軟件設(shè)計(jì)與路由器軟件設(shè)計(jì)等，主要講解的是關(guān)于這種無線網(wǎng)絡(luò)使用的各種協(xié)調(diào)器等。

在進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)中最重要的就是關(guān)于路由器與協(xié)調(diào)器的設(shè)計(jì)，在整個(gè)系統(tǒng)中所使用的編程軟件為IAR Embedded Woekbench For MCS8051 7.51A，其中關(guān)于這方面的設(shè)計(jì)圖如圖3所示。

在路由器與協(xié)調(diào)器進(jìn)行設(shè)計(jì)期間還需要掌握其中的待機(jī)狀態(tài)，將其中接收到的信息指示進(jìn)行處理，并且在處理之后將成功識(shí)別的信息傳輸?shù)絊EV的中間服務(wù)傳輸段中，這樣就會(huì)保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)等能夠準(zhǔn)確無誤地進(jìn)入到待命狀態(tài)中，并且在接收到信息時(shí)候自動(dòng)斷開連接，保證數(shù)據(jù)使用的安全性。這其實(shí)和路由器與協(xié)調(diào)器之間的使用流程與設(shè)計(jì)流程等非常相似，并且在安裝期間也具有相同之處。

該軟件的設(shè)計(jì)不僅包含協(xié)調(diào)器與路由器的設(shè)計(jì)，還有控制軟件的設(shè)計(jì)等，并且這些設(shè)計(jì)軟件都需要進(jìn)行詳細(xì)研究分析之后才能使用，這主要是因?yàn)檐浖O(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)來講具有非常重要的作用，所以在設(shè)計(jì)期間也需要十分注意。

5 結(jié)語

在很多大城市中對(duì)于這種遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常重視，并且應(yīng)用也非常廣泛，這種技術(shù)的應(yīng)用不僅解決了城市大型超市或是大型的商城等對(duì)監(jiān)控的困擾，還方便了城市具體的安全管理等，所以文章將這種技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，希望能夠更好地促進(jìn)這種技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展。

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