【摘要】：物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用涉及國民經(jīng)濟和人類社會生活的方方面面,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,其應(yīng)用前景廣闊,已成為當今世界的一個研究和應(yīng)用熱點。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。通過網(wǎng)關(guān)設(shè)備實現(xiàn)ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)與異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的連通,從而實現(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。本文針對醫(yī)療護理應(yīng)用領(lǐng)域設(shè)計了一種將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)計了一個IP-ZigBee網(wǎng)關(guān)系統(tǒng),實現(xiàn)了運動傳感數(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)計了一款可穿戴式關(guān)節(jié)活動度測量裝置,實現(xiàn)了關(guān)節(jié)活動度的精確測量,為關(guān)節(jié)損傷病人的康復(fù)治療提供參考。本文主要研究內(nèi)容如下所示:1、對當前幾種熱門的無線通信技術(shù)進行了研究,通過對比分析,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,更加符合課題應(yīng)用需求,故采用ZigBee技術(shù)進行無線組網(wǎng)和采集運動傳感數(shù)據(jù)。2、通過對比現(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)方案和對網(wǎng)關(guān)的功能需求分析,進而提出本文的以太網(wǎng)型網(wǎng)關(guān)方案。硬件上采用ZigBee射頻模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與傳輸,ARM處理器作為硬件平臺的核心,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)動部分的硬件搭建和設(shè)計。在硬件設(shè)計基礎(chǔ)上完成了各相關(guān)模塊的軟件設(shè)計。3、通過本文提出的網(wǎng)關(guān)設(shè)計方案,結(jié)合課題技術(shù)要求,實現(xiàn)了硬件平臺的選擇、相關(guān)硬件電路設(shè)計以及整個IP-ZigBee網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的軟件開發(fā)。針對實際應(yīng)用設(shè)計了一套網(wǎng)關(guān)應(yīng)用層通信協(xié)議,經(jīng)測試驗證該協(xié)議運行穩(wěn)定可靠。對傳感器接入ZigBee網(wǎng)絡(luò)的通信速率進行研究,通過改進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)計了一款可穿戴式關(guān)節(jié)活動度測量裝置,完成軟硬件的開發(fā),并通過VS2010/MFC設(shè)計了一款集成各功能模塊的姿態(tài)監(jiān)測上位機軟件。本文引入卡爾曼濾波算法對運動傳感器的數(shù)據(jù)進行融合處理,通過簡化濾波模型,直接計算狀態(tài)估計誤差的協(xié)方差矩陣中的非零項,減小了計算量,在保證估計精度的同時,提高了算法的實時性。最終俯仰角精度在1.22°以內(nèi),滾轉(zhuǎn)角的精度在1.27°以內(nèi),偏航角精度在2.61°以內(nèi)。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.44;TN92;TH77

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本文編號：2648803