ZigBee無線傳感器網絡的應用研究

楊　娜

（延安大學西安創新學院理工系,西安 710100）

ZigBee無線傳感器網絡的應用研究

楊娜

（延安大學西安創新學院理工系,西安 710100）

ZigBee無線傳感器網絡是基于ZigBee無線通信協議而構建的無線傳感器網絡，具備短距離、低速率、低成本、低功耗等特點，廣泛應用于無線數據采集與控制領域。本文介紹ZigBee無線傳感器網絡的概念、特點以及無線數據采集與控制系統結構，并分析ZigBee無線傳感器網絡在各個領域的應用技術。

ZigBee;無線傳感器網絡;無線數據采集;無線控制;應用

1　ZigBee無線傳感器網絡的簡介

1.1 無線傳感器網絡

無線傳感器網絡是由監測區內大量傳感器節點組成，通過無線通信方式形成的網絡系統，用于采集和處理監測區中被感知對象的信息，以無線通信方式發送給觀察者。它具有大規模、自組織、動態性等特點，應用于無線數據采集領域[1]。

1.2 ZigBee

ZigBee定義了短距離、低數據傳輸速率的無線通信協議，為無線傳感器網絡提供相應通信標準。它具有低功耗、低成本、低速率、高可靠性等特點，應用于短距離無線數據采集與控制系統，傳輸少量數據及控制信息[2]。

1.3 ZigBee無線傳感器網絡

ZigBee無線傳感器網絡利用ZigBee協議構建無線傳感器網絡，實現無線數據采集以及控制。ZigBee網絡設備分為協調器、路由器和終端節點。協調器負責無線網絡建立，與上位機交互；路由器負責數據路由；終端節點負責采集傳感器數據，發送至協調器及接收協調器發送的控制指令。閱讀大量文獻，總結ZigBee無線傳感器網絡實現無線數據采集與控制的基本系統框架，如圖1。

其中，終端節點定時采集傳感器數據，通過協調器建立的ZigBee網絡，路由器進行數據路由，最終數據無線傳送到協調器，協調器再將數據通過串口傳輸至PC機，或通過其它傳輸協議傳送至手機等用戶終端；同時，用戶控制命令可由協調器經過ZigBee網絡，最終發送至終端節點，操作控制節點，實現控制功能。設計者可將圖1作為ZigBee無線傳感器網絡數據采集與控制系統的設計基礎，從而研究具體的應用功能。

2　ZigBee無線傳感器網絡的應用

從大量文獻看出，ZigBee無線傳感器網絡的應用涉及社會各個方面，可分為生活生態環境監控以及生產監控兩大類。

在生活生態環境監控方面，涉及空氣質量、海洋等生態環境監測，醫療監測，圖書館、校車安全等校園環境監測，智能家居、智能餐廳等生活環境監控領域。其中，一種空氣質量檢測系統利用傳感器采集空氣污染氣體濃度，通過ZigBee模塊傳輸至計算機，以分析空氣質量[3]。文獻[4]研究了病人體溫檢測系統，創建ZigBee無線傳感器網絡，將病房中病人體溫傳至護士站，提高監護水平。為妥善保存圖書，圖書館環境監測利用ZigBee技術，采集圖書館環境參數至電腦，當超出圖書保存條件時報警及控制執行機構動作[5]。文獻[6]研究了無線智能家居，手機WIFI連接電腦，以ZigBee網絡為橋梁，協調器與終端節點組成星型結構進行數據傳輸，實現室內溫濕度數據采集及手機控制家居設備。

在生產監控方面，涉及農業環境監控，電力、礦山等生產安全監測領域。其中，文獻[7]研究了草莓栽培溫室大棚系統，智能傳感器采集空氣、光照等數據，使用ZigBee無線通信協議以及4G網絡將數據傳輸至服務器、手機及計算機，根據需要下達通風、控制遮陽簾等命令。文獻[8]研究了電力設備信息系統，智能電網中部署傳感器節點，采集電力設備運行環境的溫濕度、甲烷等信息，通過ZigBee網絡傳送至監控界面，以便電力人員分析。文獻[9]針對礦井安全生產，采用ZigBee技術，實現井下環境參數無線傳輸，井下人員攜帶身份識別卡，以采集人員信息并無線傳輸至監測站，從而定位人員，預防井下事故。

3　結束語

ZigBee無線傳感器網絡是一種新興的無線數據采集與控制技術，解決了傳統監控系統使用有線方式需要人力監測的問題。本文總結了ZigBee無線傳感器網絡在生活與生產領域已有的應用研究，該技術可以結合其它無線通信、嵌入式等技術，進一步改變人們的生活與生產方式。

[1]韓旭,文正江,盧鐵江.無線傳感器網絡應用研究[J].中國儀器儀表,2011(09).

[2]王小強，歐陽駿，黃寧淋.ZigBee無線傳感器網絡設計與實現[M].化學工業出版社,2012(05).

[3]許元,牛熠,肖達根.一種空氣質量檢測系統的設計與實現[J].電子技術與軟件工程,2016(02).

[4]鄭英,李香菊,王迷迷,張立珍.基于NTC和ZigBee技術的病房病人體溫監測系統設計[J].現代電子技術,2016(02).

[5]楊勇,周雪琴.基于ZigBee的圖書館環境監控系統設計[J].微處理機,2016(03).

[6]李泊鋒,王亞剛.基于ZigBee無線技術的智能家居系統設計[J].電子科技,2016(03).

[7]楊敏.基于ZigBee的草莓栽培溫室大棚系統設計[J].電子世界,2016(03).

[8]潘洋.基于ZigBee的電力設備信息系統設計與實現[J].電腦編程技術與維護,2016(03).

[9]朱慶豪.基于ZigBee的井下人員定位系統研究 [J].現代電子技術,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：無線傳感器網絡、智能控制,從事物聯網工程教學工作。