本文關(guān)鍵詞：基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《電子科技大學(xué)》 2011年

基于環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理器的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

呂陽  

【摘要】：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展,應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測,公共安全,醫(yī)療及軍事領(lǐng)域的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)已經(jīng)成為21世紀(jì)的一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。本文提出了一種基于Zigbee協(xié)議,應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),包括若干采集節(jié)點(diǎn),一個(gè)節(jié)點(diǎn)管理器以及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端。傳感器采集節(jié)點(diǎn)將傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和無線通信模塊集成在一塊很小的物理單元上,并將其大量部署在野外監(jiān)測區(qū)域,采集多種環(huán)境參數(shù),包括環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量等信息,最終將采集數(shù)據(jù)路由至節(jié)點(diǎn)管理器。節(jié)點(diǎn)管理器負(fù)責(zé)建立Zigbee網(wǎng)絡(luò),管理采集節(jié)點(diǎn),存儲(chǔ)及轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)并向采集節(jié)點(diǎn)下達(dá)數(shù)據(jù)終端的命令�？蛻魯�(shù)據(jù)終端為一臺(tái)具有固定IP地址的PC機(jī),其安裝有系統(tǒng)運(yùn)行軟件、數(shù)據(jù)庫。用戶可通過數(shù)據(jù)終端對(duì)所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行管理和配置,查詢采集信息及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),下發(fā)任務(wù)。 本文著重研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理器的硬件設(shè)計(jì),其包括電源模塊,處理器模塊,無線通信模塊以及存儲(chǔ)與顯示模塊。電源模塊基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低功耗的要求對(duì)系統(tǒng)的能量進(jìn)行管理與分配,設(shè)計(jì)太陽能充電電路保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運(yùn)行。節(jié)點(diǎn)管理器以ARM-LPC2148芯片為核心處理器,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與命令解析、各模塊控制等功能。通信模塊實(shí)現(xiàn)Zigbee技術(shù),GSM技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù),CC2531子模塊負(fù)責(zé)與底層采集節(jié)點(diǎn)通信,同時(shí)GSM模塊與以太網(wǎng)模塊可以短信、GPRS及Internet等方式與遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)終端進(jìn)行通信。最后,實(shí)時(shí)的監(jiān)測實(shí)驗(yàn)證明本系統(tǒng)穩(wěn)定有效。本文提出的傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)方案為今后的進(jìn)一步研究與應(yīng)用提供了一定的實(shí)用參考價(jià)值。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

摘要4-5

ABSTRACT5-10

第一章 引言10-17

1.1 課題背景及意義10-11

1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)11-12

1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用及發(fā)展概況12-15

1.3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用12-13

1.3.2 Zigbee 技術(shù)13-15

1.4 課題研究的主要內(nèi)容15

1.5 本人工作及論文組織結(jié)構(gòu)15-17

第二章 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理器的總體設(shè)計(jì)17-28

2.1 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的總體設(shè)計(jì)原則及設(shè)計(jì)方案17-20

2.1.1 總體設(shè)計(jì)原則17-18

2.1.2 系統(tǒng)工作原理及結(jié)構(gòu)18-20

2.2 節(jié)點(diǎn)管理器的總體設(shè)計(jì)20-26

2.2.1 節(jié)點(diǎn)管理器設(shè)計(jì)的必要性20-21

2.2.2 節(jié)點(diǎn)管理器的功能21-22

2.2.3 節(jié)點(diǎn)管理器的總體結(jié)構(gòu)及功能指標(biāo)22-23

2.2.4 傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)23-25

2.2.5 傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)及建立過程25-26

2.3 本章小結(jié)26-28

第三章 節(jié)點(diǎn)管理器的硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)28-60

3.1 節(jié)點(diǎn)管理器各功能設(shè)計(jì)論證及主要器件選型28-37

3.1.1 處理器模塊設(shè)計(jì)及選型28-29

3.1.2 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)建立及相關(guān)器件選型29-30

3.1.3 遠(yuǎn)程無線通信設(shè)計(jì)及相關(guān)器件選型30-31

3.1.4 遠(yuǎn)程有線通信設(shè)計(jì)及相關(guān)器件選型31-32

3.1.5 現(xiàn)場配置與檢測設(shè)計(jì)32

3.1.6 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)計(jì)及相關(guān)器件選型32

3.1.7 能量供應(yīng)與管理32-37

3.2 節(jié)點(diǎn)管理器硬件總體實(shí)現(xiàn)37-39

3.3 電源模塊電路實(shí)現(xiàn)39-46

3.3.1 太陽能充電電路39-40

3.3.2 雙電源切換電路40-41

3.3.3 開關(guān)電源41-45

3.3.4 其他電源網(wǎng)絡(luò)45-46

3.4 處理器模塊電路實(shí)現(xiàn)46-52

3.4.1 電源與復(fù)位電路46-48

3.4.2 系統(tǒng)時(shí)鐘電路48-49

3.4.3 JTAG 仿真接口49-50

3.4.4 USB 總線接口50-51

3.4.5 I/O 引腳配置及擴(kuò)展接口51-52

3.5 通信模塊電路實(shí)現(xiàn)52-57

3.5.1 CC2531 子模塊電路實(shí)現(xiàn)52-53

3.5.2 GSM 模塊電路實(shí)現(xiàn)53-55

3.5.3 以太網(wǎng)模塊電路實(shí)現(xiàn)55-57

3.6 存儲(chǔ)與顯示模塊電路實(shí)現(xiàn)57-58

3.7 電源及地網(wǎng)絡(luò)劃分58-59

3.8 本章小結(jié)59-60

第四章 節(jié)點(diǎn)管理器功能調(diào)試及分析60-72

4.1 電源網(wǎng)絡(luò)調(diào)試60-62

4.2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境搭建62-63

4.3 LPC2148 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及操作系統(tǒng)移植63-66

4.3.1 復(fù)位電路及JTAG 調(diào)試63

4.3.2 LPC2148 系統(tǒng)配置63-64

4.3.3 嵌入式操作系統(tǒng)移植64-66

4.4 GSM 模塊功能調(diào)試66-69

4.4.1 SIM300C 模塊啟動(dòng)與入網(wǎng)66-67

4.4.2 UART1 接口通信及AT 指令實(shí)現(xiàn)67-69

4.5 SD 存儲(chǔ)卡初始化及文件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)69-71

4.6 本章小結(jié)71-72

第五章 系統(tǒng)參數(shù)測試及實(shí)驗(yàn)72-79

5.1 節(jié)點(diǎn)管理實(shí)際功耗測試72-73

5.2 CC2531 模塊通信距離測試73

5.3 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)73-78

5.3.1 傳感器采集節(jié)點(diǎn)73-75

5.3.2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)搭建75

5.3.3 系統(tǒng)工作流程75-76

5.3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果76-78

5.4 本章小結(jié)78-79

第六章 總結(jié)與展望79-82

6.1 本人工作總結(jié)79-80

6.2 工作展望80-82

致謝82-83

參考文獻(xiàn)83-85

攻碩期間取得的研究成果85-86

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【引證文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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