【摘要】：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用涉及國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人類(lèi)社會(huì)生活的方方面面,其應(yīng)用領(lǐng)域主要包括交通管理、智能工農(nóng)業(yè)、數(shù)字家庭、現(xiàn)代物流管理和醫(yī)療健康等。ZigBee技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)重要的組成部分,由于具有低成本、低功耗、網(wǎng)絡(luò)自組織、網(wǎng)絡(luò)容量大等優(yōu)點(diǎn),其應(yīng)用前景廣闊,已成為當(dāng)今世界的一個(gè)研究和應(yīng)用熱點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)作為不同網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)議轉(zhuǎn)換裝置,在網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通中發(fā)揮著重要的樞紐作用。通過(guò)網(wǎng)關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的連通,從而實(shí)現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)共享、ZigBee網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的控制與管理。本文針對(duì)醫(yī)療護(hù)理應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計(jì)了一種將ZigBee網(wǎng)絡(luò)連入以太網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)方案,并利用ZigBee模塊和9軸姿態(tài)模塊MPU9250設(shè)計(jì)了一個(gè)IP-ZigBee網(wǎng)關(guān)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)傳感數(shù)據(jù)采集、雙向數(shù)據(jù)傳輸、ZigBee網(wǎng)絡(luò)控制和管理和協(xié)議轉(zhuǎn)換等功能。另外,利用該網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)了一款可穿戴式關(guān)節(jié)活動(dòng)度測(cè)量裝置,實(shí)現(xiàn)了關(guān)節(jié)活動(dòng)度的精確測(cè)量,為關(guān)節(jié)損傷病人的康復(fù)治療提供參考。本文主要研究?jī)?nèi)容如下所示:1、對(duì)當(dāng)前幾種熱門(mén)的無(wú)線通信技術(shù)進(jìn)行了研究,通過(guò)對(duì)比分析,發(fā)現(xiàn)ZigBee技術(shù)在功耗、成本、自組網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)容量等方面具有更大優(yōu)勢(shì),更加符合課題應(yīng)用需求,故采用ZigBee技術(shù)進(jìn)行無(wú)線組網(wǎng)和采集運(yùn)動(dòng)傳感數(shù)據(jù)。2、通過(guò)對(duì)比現(xiàn)有的幾種將ZigBee網(wǎng)絡(luò)連入異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)方案和對(duì)網(wǎng)關(guān)的功能需求分析,進(jìn)而提出本文的以太網(wǎng)型網(wǎng)關(guān)方案。硬件上采用ZigBee射頻模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與傳輸,ARM處理器作為硬件平臺(tái)的核心,結(jié)合控制以太網(wǎng)芯片DM9000完成了ZigBee傳感模塊部分和以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)部分的硬件搭建和設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上完成了各相關(guān)模塊的軟件設(shè)計(jì)。3、通過(guò)本文提出的網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)方案,結(jié)合課題技術(shù)要求,實(shí)現(xiàn)了硬件平臺(tái)的選擇、相關(guān)硬件電路設(shè)計(jì)以及整個(gè)IP-ZigBee網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)。針對(duì)實(shí)際應(yīng)用設(shè)計(jì)了一套網(wǎng)關(guān)應(yīng)用層通信協(xié)議,經(jīng)測(cè)試驗(yàn)證該協(xié)議運(yùn)行穩(wěn)定可靠。對(duì)傳感器接入ZigBee網(wǎng)絡(luò)的通信速率進(jìn)行研究,通過(guò)改進(jìn)Z-Stack的MAC層的接收緩存部分,最大網(wǎng)絡(luò)吞吐量提升至26.47Kbps。4、基于9軸姿態(tài)模塊MPU9250設(shè)計(jì)了一款可穿戴式關(guān)節(jié)活動(dòng)度測(cè)量裝置,完成軟硬件的開(kāi)發(fā),并通過(guò)VS2010/MFC設(shè)計(jì)了一款集成各功能模塊的姿態(tài)監(jiān)測(cè)上位機(jī)軟件。本文引入卡爾曼濾波算法對(duì)運(yùn)動(dòng)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合處理,通過(guò)簡(jiǎn)化濾波模型,直接計(jì)算狀態(tài)估計(jì)誤差的協(xié)方差矩陣中的非零項(xiàng),減小了計(jì)算量,在保證估計(jì)精度的同時(shí),提高了算法的實(shí)時(shí)性。最終俯仰角精度在1.22°以?xún)?nèi),滾轉(zhuǎn)角的精度在1.27°以?xún)?nèi),偏航角精度在2.61°以?xún)?nèi)。
【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】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TP391.44;TN92;TH77

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本文編號(hào)：2648803