基于ZigBee技术的建筑物抗震性检测系统的设计

论文摘要

我国是一个多地震的国家,地震发生时产生的地震波引起对地面建筑物的破坏,导致人员伤亡,造成地震灾害。所以对建筑物抗震能力进行检测至关重要。目前在建筑物抗震性检测试验中,模拟地震的振动信号经过一定的处理通过电缆等有线设备传输出来进行分析,检测建筑物的抗震性。但是有线设备在某些场合要受到布线的限制,特别是当要把相隔较远的节点连接起来时,敷设通信线路的布线施工难度大、费用高、耗时长,而且系统的可扩展性能也很差。这时就需要一种价格便宜、组网灵活的无线数据传输系统。本文介绍了一种基于ZigBee无线传感器网络的建筑物抗震性检测系统。首先分析了建筑物抗震性检测系统数据传输的现状,以及如今应用较为广泛的几种短距离无线通信技术,对它们的发展历程、技术规范以及应用情况进行了简单叙述,并进行了分析比较。由于ZigBee技术具有低成本、小体积、低功耗等特点,因此它更适合于该系统的无线数据传输。其次介绍了ZigBee协议的主要内容,在理解和消化协议的基础上,建立了建筑物抗震性检测系统的实现框图,它分为传感器节点侧和检测基站侧两部分。传感器节点主要由ATmega128L单片机控制加速度传感器MMA6260Q以及ZigBee芯片CC2420等实现,构成无线传感器网络的从节点,负责数据采集、预处理以及将数据传输到检测基站;检测基站主要是组成网络、接收传感器的数据,并提供与PC机的接口。本文分别实现了这两个部分,从使用的主要芯片、硬件构成、软件实现等方面具体给出了设计方案。另外,实现了星型网络的组建。最后,在基于以上设计的基础上给出了实验结果,证明了该无线传输系统的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 现有的几种短距离无线通信技术及其比较
• 1.2.1 红外技术
• 1.2.2 802.11 无线局域网标准
• 1.2.3 蓝牙技术
• 1.2.4 超宽带无线通信技术
• 1.2.5 ZigBee 技术
• 1.2.6 几种无线通信技术的比较
• 1.3 本课题的研究内容
• 第2章 ZigBee 技术标准协议体系
• 2.1 ZigBee 协议结构
• 2.1.1 ZigBee 物理层协议规范
• 2.1.2 ZigBee 的MAC 层协议规范
• 2.1.3 ZigBee 网络层协议规范
• 2.1.4 ZigBee 应用层协议规范
• 2.2 ZigBee 网络拓扑结构
• 2.3 原语的概念
• 2.4 ZigBee 的实际应用
• 2.5 本章小结
• 第3章 建筑物抗震性无线检测系统硬件设计
• 3.1 概述
• 3.2 主要构成器件介绍
• 3.2.1 传感器
• 3.2.2 微处理器
• 3.2.3 ZigBee 芯片
• 3.2.4 存储器
• 3.3 具体实现方案
• 3.3.1 CC2420 无线通信模块的设计
• 3.3.2 检测基站设备的硬件连接
• 3.3.3 传感器节点的硬件连接
• 3.4 本章小结
• 第4章 建筑物抗震性无线检测系统软件设计
• 4.1 概述
• 4.2 ZigBee 网络协议栈分析
• 4.2.1 符合IEEE 802.15.4 标准的物理层和MAC 层
• 4.2.2 ZigBee 堆栈层
• 4.3 传感器节点的软件设计
• 4.3.1 测量模块的软件设计
• 4.3.2 无线通信模块的软件设计
• 4.4 检测基站软件设计
• 4.4.1 存储器模块的软件设计
• 4.4.2 基站与PC 机接口的软件设计
• 4.5 星形网络的实现
• 4.5.1 网络初始化阶段
• 4.5.2 检测基站配置网络过程
• 4.5.3 传感器节点的入网过程
• 4.6 实验结果
• 4.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢