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低功耗ZigBee节点的研究与实现

刘彪  
【摘要】:随着科学技术的进步,人们的生活水平也得到了显著的提高。人类为了更加方便快捷的获取信息,对无线传感器网络技术进行了深入的研究,涌现出了一批先进的无线传感器网络技术,特别是ZigBee技术。ZigBee技术一出现就成为了研究的热点,以其低功耗、低成本和低复杂度等特点,迅速在各个领域应用开来。但由于ZigBee节点应用环境的特殊,终端节点一般都采用电池供电,节点的能耗问题成了制约其本快速推广的关键问题。因此对ZigBee节点进行低功耗研究和设计具有重要的意义。本论文首先介绍了ZigBee的技术特点,与其他无线通信技术进行了比较,简述了ZigBee协议栈的构成。对节点功耗分布进行了分析,并在此基础上提出了几种可行的低功耗设计方法;然后从硬件和软件两个方面对ZigBee节点进行了低功耗设计,硬件设计方面选用了低功耗的元器件,对ZigBee节点进行了模块化设计,给出了各个模块的设计方案。对ZigBee模块进行了单独设计,ZigBee模块与其他模块构成的底板间通过邮票孔接口进行连接,方便了模块的升级、推广和应用,降低了后续开发的硬件设计难度。软件设计时介绍了几种低功耗策略,在Z-Stack协议栈的基础上进行了软件设计,通过增加睡眠时间和减少数据流量两个方面进行了低功耗的设计,并在此基础上通过调节发送功率进一步降低节点功耗;最后对节点进行了性能测试和功能测试,并搭建ZigBee网络,对ZigBee节点进行对比测试,观察并记录节点信息。测试结果表明该ZigBee节点功耗低、通信性能良好、抗干扰能力强,满足长时间在线要求和实际工程应用需求。


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