本文關(guān)鍵詞：基于Microduino的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚器的研究與實(shí)現(xiàn)

  更多相關(guān)文章： 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 匯聚器 Microduino ZIGBEE GPRS

【摘要】：隨著嵌入式技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)與無線通信技術(shù)的快速發(fā)展,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless sensor network,WSN)技術(shù)也發(fā)展成熟并廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展改變了交通、醫(yī)療、勘探、安全、國防等諸多領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀,以全新的傳感器技術(shù)和無線通信技術(shù)帶動傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)新的突破。數(shù)據(jù)匯聚器是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的重要設(shè)備,近年在研究應(yīng)用中常使用ARM、FPGA、DSP等高級技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn),成本較高難以普及應(yīng)用。新興的Arduino技術(shù)及相關(guān)設(shè)備具有低成本、易實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn),本文主要研究使用Arduino技術(shù)與Microduino模塊實(shí)現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚器。本文著重研究了面向室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測等應(yīng)用的WSN數(shù)據(jù)匯聚器的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),并對系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)地測試,在對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析后論證了其應(yīng)用價值。本文遵循嵌入式系統(tǒng)開發(fā)流程并結(jié)合設(shè)計(jì)目的,使用延續(xù)了Arduino技術(shù)特點(diǎn)的新式Microduino硬件搭配Zigbee技術(shù)與GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù),以降低成本、降低功耗為目的提出了一種WSN數(shù)據(jù)匯聚器的設(shè)計(jì)方案。本文以高性價比的Microduino模塊搭建了WSN數(shù)據(jù)匯聚器,既降低了成本也繼承了Arduino技術(shù)易于實(shí)現(xiàn)的特點(diǎn)。在功耗較高的情況下設(shè)計(jì)了一種面向特定數(shù)據(jù)的基于數(shù)據(jù)相似性分析的節(jié)能算法以降低系統(tǒng)整體的功耗。本文以室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測為應(yīng)用背景,對匯聚器進(jìn)行了設(shè)計(jì),包括硬件設(shè)計(jì)與選型,軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)測試與結(jié)果分析等工作。該匯聚器使用Microduino-Core+模塊作為控制器連接Zigbee模塊與GPRS模塊進(jìn)行無線數(shù)據(jù)收發(fā)和處理,成功實(shí)現(xiàn)了WSN應(yīng)用中數(shù)據(jù)的采集、匯聚與互聯(lián)網(wǎng)接入。本文借助Core+模塊、Zigbee模塊與GPRS模塊的睡眠功能,在軟件設(shè)計(jì)中加入了一種基于數(shù)據(jù)相似性的節(jié)能算法降低了功耗。本文針對室內(nèi)應(yīng)用場景以溫濕度傳感器與光照強(qiáng)度傳感器為例進(jìn)行了匯聚器的功能測試與無線通信測試,并設(shè)計(jì)了測試方案對比電量消耗計(jì)算出節(jié)能算法的實(shí)際效率。最終實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)匯聚器的功能并通過實(shí)際測試驗(yàn)證了其應(yīng)用價值,達(dá)到了研究目的。
【關(guān)鍵詞】：無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 匯聚器 Microduino ZIGBEE GPRS
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 引言9-10
• 1.2 研究背景10-11
• 1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展現(xiàn)狀11-14
• 1.3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚器的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.3.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用現(xiàn)狀12-13
• 1.3.3 待解決的問題13-14
• 1.4 論文主要研究內(nèi)容14-15
• 1.5 論文的組織結(jié)構(gòu)15-17
• 第2章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及Microduino概述17-29
• 2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)17-18
• 2.2 匯聚器的功能及結(jié)構(gòu)18-19
• 2.3 無線通信技術(shù)的分析與對比19-22
• 2.4 Zigbee無線通信技術(shù)22-24
• 2.4.1 Zigbee通信技術(shù)概述22-24
• 2.4.2 Zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)24
• 2.5 GPRS通信技術(shù)24-26
• 2.6 Micrduino設(shè)備26-27
• 2.7 本章小結(jié)27-29
• 第3章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚器的硬件設(shè)計(jì)29-45
• 3.1 硬件結(jié)構(gòu)概述29-32
• 3.1.1 匯聚器的結(jié)構(gòu)需求29
• 3.1.2 匯聚器性能需求29-30
• 3.1.3 硬件平臺對比30-32
• 3.2 匯聚器硬件設(shè)計(jì)與選型32-42
• 3.2.1 核心MCU選型34-36
• 3.2.2 短距離無線通信模塊選型36-37
• 3.2.3 GPRS模塊選型37-40
• 3.2.4 匯聚器硬件連接設(shè)計(jì)40-42
• 3.3 匯聚器硬件設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證42-43
• 3.4 本章小結(jié)43-45
• 第4章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)匯聚器的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)45-61
• 4.1 Microduino開發(fā)環(huán)境搭建45-46
• 4.2 數(shù)據(jù)匯聚節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)46-52
• 4.2.1 無線傳輸數(shù)據(jù)包設(shè)計(jì)46-47
• 4.2.2 程序流程設(shè)計(jì)47-50
• 4.2.3 主要函數(shù)的實(shí)現(xiàn)50-51
• 4.2.4 SIM800L AT指令51-52
• 4.3 數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)52-55
• 4.3.1 程序流程設(shè)計(jì)52-53
• 4.3.2 主要函數(shù)的實(shí)現(xiàn)53-55
• 4.4 節(jié)能算法的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)55-59
• 4.4.1 程序流程設(shè)計(jì)55-58
• 4.4.2 主要函數(shù)的實(shí)現(xiàn)58-59
• 4.5 本章小結(jié)59-61
• 第5章 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)匯聚器的測試與分析61-69
• 5.1 測試方案設(shè)計(jì)61-63
• 5.1.1 Zigbee通信距離與穩(wěn)定性測試61-62
• 5.1.2 匯聚器功能檢測62-63
• 5.2 測試結(jié)果63-67
• 5.2.1 Zigbee通信距離與穩(wěn)定性測試63-65
• 5.2.2 匯聚器功能測試65-67
• 5.3 本章小結(jié)67-69
• 結(jié)論69-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 攻讀碩士學(xué)位期間獲得的學(xué)術(shù)成果75-77
• 致謝77

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本文編號：839590