基于无线传感器网络技术的牵引试验车检测系统研究

论文摘要

随着工业自动化技术的发展,对监控数据传输的实时性、数据接口的开放性以及数据链接的安全性的要求越来越高,有线控制网络的局限性也越来越突出,因此无线传感器网络技术孕育而生。在无线传感器技术中,ZigBee技术是一种短距离、低传输速率、低功耗的无线标准,近年来已经被广泛地应用于无线传感器网络中。在传统的牵引试验车检测系统中,由于采集的数据种类较多,机型的差异大,使得每次牵引试验时信号采集线的电路连接、电缆线的捆扎固定都很费力费时,而且连接电缆在机车的运行振动中容易断线损坏,影响了数据采集的可靠性。此外,做完试验后,被试机车往往要尽快投入运用,而试验电缆的拆卸很费时,造成了铁路运输的浪费。本文提出一种将无线传感器技术应用于牵引试验车检测系统的方案,实现牵引试验车检测系统的网络化。本文首先对ZigBee技术的协议框架进行了分析,并详细介绍了ZigBee的组网技术。通过对牵引试验车检测系统的分析,对比几种无线传感器解决方案的特点,提出了用Chinpon/TI公司的CC2430芯片实现将无线传感器技术运用于牵引试验车检测系统。本文设计出了牵引试验车检测系统的组成方案,设计出无线传感器节点在机车与试验车中的具体的分布,完成了各传感器节点的硬件设计和软件设计流程,最后在该系统的上位机中得到试验数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外现状
• 1.3 ZigBee无线传感器技术
• 1.3.1 ZigBee无线传感器技术的起源
• 1.3.2 ZigBee技术与其它无线技术的比较
• 1.4 本文工作安排
• 第2章 Zigbee协议概述
• 2.1 IEEE 802.15.4/ZigBee协议规范
• 2.1.1 Zigbee设备规范
• 2.1.2 网络拓扑结构
• 2.2 物理层（PHY）
• 2.2.1 物理层信道
• 2.2.2 物理层数据单元（PPDU）
• 2.3 媒体访问控制层（MAC）
• 2.3.1 媒体访问控制层（MAC）结构
• 2.3.2 MAC层帧结构
• 2.4 网络层（NWK）
• 2.4.1 网络层结构
• 2.4.2 网络层（NWK）帧结构
• 2.5 应用层
• 2.5.1 应用支持子层（APS）
• 2.5.2 ZigBee应用层架构
• 2.5.3 应用层规范术语
• 2.5.4 绑定
• 第3章 ZigBee的组网技术
• 3.1 ZigBee网络配置
• 3.2 ZigBee网络实现
• 3.2.1 ZigBee网络的建立
• 3.2.2 ZigBee网络的关联
• 3.3 ZigBee路由技术
• 3.3.1 分级树型路由算法
• 3.3.2 ZigBee基本路由
• 第4章 牵引试验车检测系统设计方案与硬件组成
• 4.1 牵引试验车检测系统要求
• 4.2 无线传感器节点在系统中的分布与网络拓扑的选择
• 4.3 无线传感器技术的实现芯片——CC2430
• 4.4 牵引试验车检测系统前端调理电路设计
• 第5章 牵引试验车检测系统中各节点硬件设计
• 5.1 无线传感器终端节点硬件设计
• 5.1.1 CC2430端口配置
• 5.1.2 CC2430外围电路设计
• 5.2 无线传感器路由节点和协调节点硬件设计
• 第6章 系统中各节点软件设计
• 6.1 TIZ-Stack软件架构
• 6.1.1 系统初始化
• 6.1.2 执行操作系统
• 6.2 系统数据格式规范
• 6.3 系统中协调节点程序设计
• 6.3.1 节点重要参数的配置
• 6.3.2 新建网络
• 6.3.3 协调节点允许其它节点加入网络
• 6.3.4 协调节点与其它节点数据传输
• 6.4 系统中路由节点程序设计
• 6.4.1 路由节点请求加入网络与接收机车传感器节点加入网络请求
• 6.4.2 路由节点转发数据
• 6.5 系统中传感器终端节点程序设计
• 6.5.1 传感器终端节点E0程序设计
• 6.5.2 E1、E2节点程序设计
• 6.6 系统中上位采集计算机程序设计
• 6.7 实验结果
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文