无线传感器网络在环境监测中的研究与应用

论文摘要

近年来随着通信技术的日益发展,人们对通信技术的应用不再仅仅局限于远距离通信及大范围的基站网络建设,同时对短距离通信以及专用通信网提出了更高的要求。在这一新的应用领域中,由ZigBee技术所引导的无线传感器网络技术,被广泛地应用于家庭安防、远程抄表、森林火灾预警、水文监测等专用通信系统中。本文针对ZigBee技术并结合嵌入式ARM9技术,详细介绍了无线传感器网络监测系统的搭建过程,同时对监测系统中的核心技术模块如:测量节点、Sink节点的实现过程做了详细的叙述,其中硬件方面主要实现了测量节点原理图及PCB的设计、Sink节点硬件平台分析;软件方面主要完成了监测区域的信息采集,定制了应用于Sink节点上的Windows CE 5.0嵌入式操作系统,实现了基于智能设备的数据采集。并将GPRS DTU设备应用到监测系统中,使现场监测数据通过公网远程传送到后台搭建的服务器上,将短距离通信与远程通信相结合,扩大了无线传感器网络的应用范围。通过现场测试,课题组搭建的WSN监测系统样机工作稳定,监测数据与实际吻合。本文根据环境监测所提出的无线传感器网络系统解决方案及实现方法,对类似应用系统具有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1. 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 选题的意义
• 1.3 国内外研究的技术现状
• 1.4 本文的主要工作及内容安排
• 2 ZigBee 技术及TinyOS2 的应用研究
• 2.1 ZigBee 技术概述
• 2.2 ZigBee 技术特点
• 2.3 ZigBee 开发平台介绍与搭建
• 2.3.1 IAR MCS-51 ZigBee 开发平台
• 2.3.2 基于TinyOS2 的ZigBee 开发环境的搭建
• 2.4 NesC 语言概述及分析
• 2.4.1 NesC 的主要特点
• 2.4.2 NesC 语言的组成结构
• 2.5 TinyOS 操作系统
• 2.5.1 TinyOS 操作系统概述
• 2.5.2 TinyOS 2 下NesC 的编译过程分析
• 2.6 本章小结
• 3 系统方案设计与硬件实现
• 3.1 系统方案分析与设计
• 3.1.1 基于GSM/CDMA 基站的远程数传
• 3.1.2 基于以太网的远程数传
• 3.1.3 方案比较
• 3.2 ZigBee 测量节点的设计与硬件实现
• 3.2.1 测量节点原理图设计
• 3.2.2 测量节点核心板PCB 设计
• 3.3 监测系统Sink 节点的硬件平台分析
• 3.4 本章小结
• 4 智能设备Sink 节点的Wince 实现
• 4.1 Windows CE 操作系统概述
• 4.1.1 Windows CE 主流版本
• 4.1.2 Window CE 的系统框架
• 4.2 Windows CE 5.0 下Bootloader 分析
• 4.2.1 Sink 节点Boot Loader 源码分析
• 4.2.2 Sink 节点Eboot 运行状态
• 4.3 定制Windows CE 5.0 内核
• 4.3.1 安装Platform Builder 5.0
• 4.3.2 Platform Builder 5.0 定制Windows CE 内核过程
• 4.4 基于ARMV41 的Windows CE 5.0 SDK 与模拟器的定制
• 4.4.1 SDK 概述
• 4.4.2 SDK 的创建
• 4.4.3 基于ARMV41 的Windows CE 5.0 模拟器的定制
• 4.5 基于Windows CE 5.0 的数据采集应用程序的开发
• 4.5.1 Windows CE 5.0 数据采集程序主要功能
• 4.5.2 Windows CE 5.0 数据采集程序的GUI 设计
• 4.5.3 数据采集程序在模拟器上的运行状况
• 4.6 本章小结
• 5 监测系统远程GPRS 数据传输的实现
• 5.1 GPRS DTU 远程数传设备介绍
• 5.2 GPRS DTU 远程通信实现
• 5.2.1 GPRS 远程通信方案
• 5.2.2 客户端与服务器端DTU 工作机制
• 5.3 环境监测系统样机现场测试
• 5.4 本章小结
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献