基于ARM9和Linux的无线传感器网络汇聚节点的设计与实现

论文摘要

无线传感器网络(WSN)最早应用于军事方面,近年来在民用方面的应用也得到迅速发展,特别是在物联网、智能家居系统等领域,WSN正得到人们越来越多的关注随着无线传感器网络应用的推广,节点间传输的信息量、节点实时处理数据的要求对WSN中汇聚节点信息处理能力和计算能力提出了更高的要求。目前在各类无线传感器网络节点上使用的微处理器多数都是单片机,数据处理能力较差,只能完成较简单的数据采集、处理和转发的功能,在普通传感节点上能使用,但是无法满足汇聚节点较高的数据处理能力要求。因此,设计一种功能强大、成本低、二次开发性好的通用汇聚节点,将有利于无线传感器网络的推广和应用。为增强WSN汇聚节点的数据处理能力,本文基于ARM9芯片和Linux系统,设计、实现了一个处理能力强、通用性和二次开发性好的无线传感器网络汇聚节点。本文内容具体分为以下几个部分：首先,本文概述了无线传感器网络的原理,分析了无线传感器网络汇聚节点的国内外发展现状,指出了当前节点存在的不足,分析了汇聚节点的需求,阐述了基于S3C2440和CC2430节点的硬件设计过程,给出了各硬件模块原理和具体的实现方法。其次,在软件方面,根据汇聚节点的硬件结构选择嵌入式Linux作为节点的操作系统、Zigbee协议栈作为节点的组网协议,分析了嵌入式Linux系统的软件结构、Linux系统的启动加载程序、内核移植和文件系统移植等,完成了汇聚节点的软件配置及移植。最后,以传感节点的温度测量为例,搭建了一个汇聚节点测试环境。用汇聚节点和几个普通节点组建网络,再与基于C#语言开发的上位机监控界面组成了一个无线传感器网络温度监控系统。测试结果表明,汇聚节点具备了预定的各项功能,为进一步的研究开发打下了较好基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 无线传感器网络概述
• 1.1.1 无线传感器网络的定义
• 1.1.2 无线传感器网络的关键技术介绍
• 1.2 无线传感器网络节点设计现状
• 1.2.1 节点硬件
• 1.2.2 操作系统
• 1.2.3 通信协议
• 1.3 课题研究的意义
• 1.4 本课题研究的主要内容和组织结构
• 1.4.1 论文主要研究内容
• 1.4.2 论文的组织结构
• 第2章 无线传感器网络汇聚节点硬件设计
• 2.1 嵌入式系统设计流程
• 2.1.1 嵌入式系统简介
• 2.1.2 嵌入式系统开发流程
• 2.2 汇聚节点的需求分析和设计框架
• 2.2.1 汇聚节点的需求分析
• 2.2.2 汇聚节点的整体设计框架
• 2.3 核心模块硬件系统设计
• 2.3.1 硬件开发平台介绍
• 2.3.2 核心板
• 2.3.3 底板部分硬件
• 2.4 射频模块硬件电路分析
• 2.5 硬件电路板的设计与实现
• 2.6 本章小结
• 第3章 ARM核心处理模块的软件实现
• 3.1 嵌入式Linux软件开发环境
• 3.1.1 嵌入式交叉开发环境的搭建
• 3.1.2 交叉编译环境的搭建
• 3.2 bootloader的分析和移植
• 3.2.1 bootloader的必要性
• 3.2.2 bootloader的两个阶段
• 3.2.3 vivi和u-boot的比较
• 3.2.4 u-boot-2009.08的移植
• 3.3 嵌入式操作系统的移植
• 3.3.1 Linux操作系统的选择
• 3.3.2 Linux操作系统内核的裁剪和移植
• 3.4 yaffs2文件系统的移植
• 3.4.1 常用文件系统
• 3.4.2 基于busybox的yaffs2文件系统移植
• 3.5 本章小结
• 第4章 组网与测试
• 4.1 Zigbee技术概述
• 4.1.1 Zigbee简介
• 4.1.2 Zigbee网络拓扑结构
• 4.2 网络节点组建网络
• 4.2.1 ZigBee网络初始化
• 4.2.2 节点加入网络
• 4.3 测试
• 4.3.1 搭建测试环境
• 4.3.2 串口通信
• 4.3.3 上位机监控界面与测试结果
• 4.4 本章小结
• 第5章 总结和展望
• 5.1 论文工作总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 发表论文