基于ZigBee的无线传感器组网

一、实验设备与工具

设备类型	型号/参数	功能说明
主控芯片	CC2530F256	集成ZigBee射频与8051内核
传感器模块	DHT11温湿度传感器	采集环境参数
网关设备	USB-ZigBee适配器	实现PC与ZigBee网络通信
开发环境	IAR Embedded Workbench	固件编译与调试
网络调试工具	Z-Stack协议栈、SmartRF工具	网络参数配置与状态监控

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二、网络架构设计

1. 拓扑结构选择

• 星型拓扑：协调器为中心节点，终端设备直接连接（适合小型实验室环境）
• 网状拓扑：支持多跳路由，扩展覆盖范围（适用于工业监控场景）

2. 网络参数配置

// Z-Stack协议栈配置示例
#define PAN_ID           0x1234    // 网络标识符
#define CHANNEL          15        // 2.4GHz频段信道
#define TX_POWER         4         // 发射功率等级（0-31）
#define SECURITY_MODE    0x01      // AES-128加密模式

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三、实验步骤详解

1. 硬件连接

• CC2530开发板：连接DHT11传感器（DATA引脚接P0.7）
• 电源管理：3.3V稳压供电，启用低功耗模式
• 天线配置：外接2.4dBi全向天线（增强信号覆盖）

2. 软件开发流程

1. 工程创建：

   # IAR中新建工程
   Project -> Create New Project -> 选择CC2530F256器件
   

2. 协议栈集成： 导入Z-Stack-CC2530-2.3.0协议栈库 配置ZDApp.c中的网络参数

3. 传感器驱动开发：

   // DHT11数据采集函数
   void DHT11_Read(uint8_t *temp, uint8_t *humi) {// 实现单总线时序控制DQ = 0;  // 拉低数据线Delay_ms(20);  // 保持≥18msDQ = 1;  // 释放总线// 读取40位数据（湿度整数+小数+温度整数+小数+校验）
   }
   

4. 网络组网实现：

   // 协调器初始化
   void ZDApp_Init(void) {afRegister(&SampleApp_epDesc);  // 注册端点描述符ZDApp_StartDevice(DEVICE_COORDINATOR, 1000);  // 启动协调器
   }// 终端节点加入网络
   void ZDApp_JoinNetwork(void) {afAddrType_t dstAddr;dstAddr.addrMode = afAddr16Bit;dstAddr.addr.shortAddr = 0x0000;  // 协调器短地址afSendDataRequest(&dstAddr, ...);  // 发送加入请求
   }
   

3. 数据传输验证

• 串口监控：通过USB-ZigBee适配器查看数据包

  > AT+MODE=3  # 设置为数据透传模式
  > AT+SEND=001122334455  # 发送测试数据
  

• 网络调试命令：

  # 查看网络拓扑
  Z-Stack -> Network -> Display Network Tree
  # 监控节点状态
  Z-Stack -> Devices -> Node Status
  

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四、关键调试技巧

1. 信号强度检测

使用SmartRF工具测量RSSI值：

// RSSI采样代码
int8_t rssi = ZMacGetRssi();
printf("Current RSSI: %d dBm\n", rssi);

• 优化建议：当RSSI < -85dBm时需调整节点位置或增加中继节点

2. 网络自愈测试

• 模拟节点故障：断开某路由器的电源
• 观察网络行为：协调器应自动重新选择路由路径
• 日志分析：通过ZDApp_DebugTrace()输出路由变更信息

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五、常见问题解决

现象	诊断方法	解决方案
节点无法加入网络	检查PAN ID是否匹配	统一所有节点的PAN ID设置
数据包丢失率高	分析ACK确认帧	降低数据速率或增加发射功率
传感器数据异常	对比串口原始数据	校准传感器或检查ADC配置
网络延迟过大	使用Ping命令测试	优化路由算法或减少网络负载

参考代码 zigbee无线传感器组网实验 www.youwenfan.com/contentcnj/70006.html

六、实验扩展方向

1. 多传感器融合：增加光照、CO₂传感器构建环境监测系统
2. 安全增强：实现动态密钥更新机制（参考ZigBee 3.0安全模型）
3. 能耗优化：设计基于事件触发的睡眠调度算法
4. 云平台对接：通过MQTT协议将数据上传至阿里云/AWS IoT

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七、实验报告要点

1. 网络拓扑图：标注协调器、路由器、终端节点位置
2. 数据流程图：展示传感器→协调器→上位机的数据路径
3. 性能指标：传输成功率、端到端时延、网络生存时间
4. 改进方案：针对实验中发现的问题提出优化措施