基于ZigBee技术的机场机房环境数据采集系统

论文摘要

随着监控系统应用要求的不断提高,功能不断增多,所需的监测环境的传感器也越来越多。使用有线传感器网络组成的监测系统布线量大、安装和维护费用高、可靠性差,并且在一些建筑物中的某些地方无法布线,已经不能满足需要。而无线传感器监测网络系统具有部署方便、灵活性高、维护成本低等特点,相对于有线传感器网络,在楼宇内的环境监测方面具有更好的应用前景,正逐步走向实用。本论文完成了ZigBee无线数据采集系统的方案设计、硬件和软件设计与实现,并将此系统应用于机场机房环境监控。整个系统由网络协调器,路由器和传感器节点构成,采用2.4GHz频段射频芯片实现无线链路的通信。在硬件设计方面,以TI公司的单芯片CC2530和低功耗功放CC2591芯片为无线通信控制模块的核心,温度传感器TC77及湿度传感器HS1101为主要外围接口器件,搭建了无线数据采集系统的硬件平台。在软件设计方面,深入研究ZigBee协议各个通信协议层的结构与功能的基础上,移植和修改精简协议栈代码,编写无线数据采集系统的应用程序和相关驱动程序,实现了小型ZigBee星型网和簇型网。并在此基础上,对网络功能的扩展,完成了协调器按键对终端设备数据收发的控制功能。另外,在PC机上实现了网络管理软件,该软件采用VC++6.0软件开发平台,MSComm串行通讯控件进行串口数据发送与接收,Access2003数据库进行数据的管理,实现了对采集的机房环境参数值进行实时显示、储存以及监测网络的运行状况。监控界面上输入控制指令可以实现对网络中终端设备数据收发控制。该系统具有良好的人机交互界面,良好的扩展性和可移植性。较之传统的数据采集方法不仅可以减轻劳动强度、提高检测精度,而且具有智能化、低成本、低功耗的特点,同时根据实际需要传感器的扩充以实现更多的功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 国内外现状研究
• 1.3.1 无线传感器网络关键技术研究现状
• 1.3.2 无线数据采集系统的发展及现状
• 1.4 论文的主要研究内容和结构安排
• 第2章 ZigBee 标准技术及其协议
• 2.1 IEEE802.15.4/ZigBee 技术概述
• 2.1.1 ZigBee 技术发展概况
• 2.1.2 ZigBee 技术特点
• 2.1.3 ZigBee 和其他无线技术的比较
• 2.2 ZigBee 网络拓扑结构
• 2.2.1 ZigBee 网络中的设备类型
• 2.2.2 ZigBee 网络拓扑
• 2.3 ZigBee 协议的体系结构
• 2.3.1 IEEE802.15.4
• 2.3.2 ZigBee 结构体系
• 2.4 ZigBee 协议分析
• 第3章 系统硬件设计
• 3.1 总体设计方案
• 3.1.1 机场机房环境简介
• 3.1.2 系统整体设计
• 3.1.3 RF 模块的设计与选择
• 3.2 ZigBee 通信模块设计
• 3.2.1 CC2530，CC2591 模块简介
• 3.2.2 CC2530 模块与CC2591 模块接口电路
• 3.3 MC55i 模块电路设计
• 3.4 监控数据采集模块电路设计
• 3.4.1 温度测量电路设计
• 3.4.2 湿度测量电路设计
• 3.4.3 其他电路设计
• 3.5 节点设计中的主要问题
• 第4章 系统软件设计
• 4.1 ZigBee 无线软件开发平台
• 4.1.1 EW 集成开发环境
• 4.1.2 C51RF-3-ZDS 仿真器
• 4.1.3 C51RF-3-F 协议分析仪
• 4.2 ZigBee 协议栈的实现
• 4.2.1 ZigBee 协议栈源程序
• 4.2.2 ZigBee 簇型组网的设计与实现
• 4.3 MC55i 远程数据传输软件设计
• 4.4 数据采集模块软件设计
• 4.4.1 传感器节点程序
• 4.4.2 ADC 采样程序
• 4.4.3 中断函数
• 4.4.4 节点低功耗设计
• 4.5 网络管理软件总体设计
• 4.5.1 串口数据接收
• 4.5.2 无线传感器网络数据管理
• 4.5.3 数据管理系统验证和结果
• 第5章 系统测试及分析
• 5.1 系统架构
• 5.1.1 CC2530 通信模块的完成
• 5.1.2 数据采集模块的完成
• 5.1.3 系统整体示意图
• 5.2 功能测试
• 5.2.1 数据采集模块测试
• 5.2.2 低功耗测试
• 5.2.3 网络通信功能测试
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间录用和发表的论文