第 1 章 緒論

1.1 研究背景及意義

我國的化學(xué)工業(yè)在進(jìn)入本世紀(jì)以來發(fā)展十分迅速，其中危險化學(xué)氣體的生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，同時帶來的安全問題卻愈演愈烈，全國各地由于�；瘹怏w泄漏未及時發(fā)現(xiàn)而導(dǎo)致的嚴(yán)重事故屢屢發(fā)生。2011 年 8 月，一輛本溪運(yùn)輸苯的罐車在遼陽市寒嶺鎮(zhèn)發(fā)生泄漏，造成 1 人死亡，381 人輕度中毒；2013 年 3 月位于美國德州的杜邦集團(tuán)化工廠危險化學(xué)氣體泄漏，事故造成最少 4 名工人死亡，1 人不適，行業(yè)內(nèi)類似同樣的由于危險化學(xué)氣體泄漏而致死致傷的安全事故還有很多[1]。

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1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

基于 ZigBee 的危化氣體監(jiān)測系統(tǒng)手持終端設(shè)計(jì)是依托于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)并與嵌入式手持終端技術(shù)相結(jié)合的研究課題。該課題主要涉及無線傳感網(wǎng)絡(luò)與嵌入式手持終端技術(shù)，，下面對這兩方面技術(shù)領(lǐng)域的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀進(jìn)行介紹。

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第 2 章 手持終端的總體架構(gòu)與算法分析

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案與要求

基于 ZigBee 的�；瘹怏w監(jiān)測系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2-1 所示。該系統(tǒng)采用 ZigBee 無線通信模式，是應(yīng)用于危險化學(xué)氣體安全監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括監(jiān)測終端的數(shù)據(jù)采集層、配備手持終端的區(qū)域安全員及巡檢監(jiān)督員組成的的二級監(jiān)控中心、PC 機(jī)構(gòu)成的一級監(jiān)控中心及系統(tǒng)整體的 ZigBee 無線通信網(wǎng)絡(luò)四個部分。

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2.2 無線通信算法分析與仿真

文采用 ZigBee 的無線通信方式建立了無線網(wǎng)絡(luò)。設(shè)計(jì)中手持終端的無線通信網(wǎng)絡(luò)對時延、丟包率有較高要求。以往網(wǎng)絡(luò)中監(jiān)測節(jié)點(diǎn)與中繼器的數(shù)據(jù)傳輸為廣播模式，導(dǎo)致手持終端在入網(wǎng)后會接收到來自多個中繼器的相同數(shù)據(jù)，并且網(wǎng)絡(luò)路徑不確定。而點(diǎn)對點(diǎn)的通信方式需要人工配置，工作量大且不智能。所以普通的 ZigBee 通信組網(wǎng)模式無法滿足本文的設(shè)計(jì)要求。

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第 3 章 手持終端的硬件設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)...............20

3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 ...............20

3.2 微處理器模塊設(shè)計(jì)...............20

第 4 章 手持終端的軟件設(shè)計(jì)與網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化................31

4.1 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案...............31

4.2 無線通信協(xié)議的優(yōu)化...............32

第 5 章 手持終端的測試與分析...............44

5.1 系統(tǒng)測試環(huán)境搭建與介紹................44

5.2 手持終端指標(biāo)測試 ...............48

第 5 章 手持終端的測試與分析

5.1 系統(tǒng)測試環(huán)境搭建與介紹

系統(tǒng)測試是設(shè)計(jì)開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，通過測試可以得知產(chǎn)品的實(shí)際性能以及存在的問題,并且通過測試結(jié)果分析可以為產(chǎn)品后期優(yōu)化提供方向。手持終端的應(yīng)用背景是基于 ZigBee 的�；瘹怏w監(jiān)測系統(tǒng)，在系統(tǒng)各個模塊能夠正常工作的情況下，現(xiàn)對系統(tǒng)整體進(jìn)行聯(lián)機(jī)組網(wǎng)然后對手持終端的性能進(jìn)行測試。

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5.2 手持終端指標(biāo)測試

本文通過最小跳數(shù)算法對無線通信協(xié)議進(jìn)行了優(yōu)化，監(jiān)測系統(tǒng)上電后需要進(jìn)行初始化及系統(tǒng)組網(wǎng)。現(xiàn)對 8 個監(jiān)測節(jié)點(diǎn)與 5 個中繼器構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)環(huán)境進(jìn)行組網(wǎng)耗時測試，測試原則是手持終端上電開始計(jì)時到手持終端準(zhǔn)確接收所有監(jiān)測節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)為止即視為組網(wǎng)成功測試結(jié)束，測試結(jié)果如表 5-1 所示。

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結(jié)論

通過對手持終端在國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀的分析，針對傳統(tǒng)監(jiān)測系統(tǒng)所存在的不足以及當(dāng)前化工產(chǎn)業(yè)對�；瘹怏w安全監(jiān)測的更高要求，以基于 ZigBee 的�；瘹怏w監(jiān)測系統(tǒng)為實(shí)際應(yīng)用背景，結(jié)合無線傳感網(wǎng)及嵌入式技術(shù)，進(jìn)行了基于 ZigBee 的�；瘹怏w監(jiān)測系統(tǒng)手持終端設(shè)計(jì)，并得出如下結(jié)論：1. 根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行了手持終端整體方案設(shè)計(jì)。通過研究分析，完成了微處理器、無線通信芯片和操作系統(tǒng)內(nèi)核的分析選型。針對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)所存在的問題設(shè)計(jì)了基于最小跳數(shù)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化算法，并對其進(jìn)行了分析與仿真。為手持終端的后續(xù)開發(fā)工作確定了方向。

參考文獻(xiàn)（略）

本文編號：582831