基于无线传感器网络的监测系统研究

论文摘要

随着半导体技术、通信技术和计算机技术的发展,上个世纪90年代末开始了无线传感器网络的研究。无线传感器网络技术涉及计算机、网络、通信、微机械等诸多领域,在工业控制和监视、家庭自动化和电子消费产品、智能农业和健康检测等方面具有广泛的应用前景。本文设计并构建了基于MSP430超低功耗处理器为核心的无线传感器网络系统,该系统具有功耗低、结构简单、可靠性高、传送距离远、扩展性灵活等特点。无线传感器网络监测系统以nRF905为通信设备,以ISM 433MHz载频进行短距离组网,设计并实现了无线传感器网络在MAC层和链路层的相关网络协议,同时结合GSM网络实现了远距离GPRS通信、短信息收发和程序远程更新的功能。并通过一系列传感器进行温度、张力、加速度等信号的数据采集,对周围环境进行监测。针对数据采集过程中的噪声干扰,利用MSP430内部乘法器的特点,进行了FIR滤波器在MSP430平台上滤波性能的研究。最后,本文对系统进行了实地测试,通过张力等信号的采集,系统功耗的分析测试,节点报警等功能的实现,证明了无线传感器网络监测系统能够长时间在野外稳定工作。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 无线传感器网络的发展
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 无线通信技术研究现状
• 1.3.2 无线传感器网络平台研究
• 1.4 主要研究内容以及章节的安排
• 第2章 基于MSP430的无线传感器网络系统硬件设计
• 2.1 引言
• 2.2 基于MSP430的无线传感器网络系统构架
• 2.3 基于MSP430的节点设计
• 2.3.1 控制器
• 2.3.2 存储器
• 2.3.3 通信设备
• 2.3.4 传感器
• 2.3.5 传感器节点电源
• 2.4 基于MSP430的基站硬件设计
• 2.4.1 基站通信设备
• 2.4.2 基站电源设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 传感器信号采集与滤波的实现
• 3.1 引言
• 3.2 传感器信号采集
• 3.2.1 温度采集
• 3.2.2 电压采集
• 3.2.3 加速度信号处理
• 3.3 传感器信号滤波的实现
• 3.3.1 信号滤波方法
• 3.3.2 FIR滤波器的结构
• 3.3.3 FIR滤波器的性能分析
• 3.3.4 FIR滤波器的实现
• 3.4 本章小结
• 第4章 无线传感器网络的数据传输
• 4.1 引言
• 4.2 网络拓扑结构
• 4.3 物理层通信
• 4.3.1 nRF905初始化配置
• 4.3.2 ShockBurst TX发送
• 4.3.3 ShockBurst RX接收
• 4.4 MAC层协议
• 4.4.1 CSMA
• 4.4.2 RTS/CTS握手协议
• 4.4.3 MAC层协议实现
• 4.5 链路层协议
• 4.5.1 链路层协议原理
• 4.5.2 链路层协议实现
• 4.6 M23G数据通信
• 4.6.1 GPRS数据传输
• 4.6.2 短消息收发
• 4.7 无线传感器网络远程程序升级
• 4.7.1 远程程序升级原理
• 4.7.2 远程程序升级实现
• 4.8 本章小结
• 第5章 无线传感器网络的系统性能测试
• 5.1 系统测试环境
• 5.2 系统测试软件
• 5.3 系统性能测试
• 5.3.1 系统的功耗测试
• 5.3.2 传感器信号采集及滤波性能测试
• 5.3.3 系统的报警功能测试
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 附录