基于ZigBee的无线自组网的研究

论文摘要

飞机静态疲劳的检测对于保障飞机安全飞行有着重要的意义。传统的办法是应变仪采集应变数据，通过光纤等有线介质传输给工作人员进行数据分析。在无线通信、微机电系统、传感器及集成电路等技术高速发展的背景下，本文探索在具有快速自组网、低功耗、高鲁棒性、低成本等特点的无线传感器网络，使其能够应用在飞机静态疲劳的检测。本文首先回顾了飞机结构疲劳研究和无线传感器网络的国内外发展现状及趋势，并选用了更为节能的ZigBee协议作为网络协议。在介绍完ZigBee协议，本文将着重从硬件及软件两方面对整个网络平台的研发过程进行介绍，主要侧重于硬件的设计及问题的分析。硬件方面的工作包括了芯片的选择，Cortex-M3内核的ARM主控模块及外围低频电路设计，射频电路设计，电路分析及实际数据的测量。软件方面主要包括操作系统μCOS-II的移植，该硬件平台通信的关键驱动设计以及自组织网络实现，并给出了详细的流程图。最后，课题就无线传感器网络的关键问题路由协议进行研究，并主要将分簇式路由协议的典型代表—LEACH协议作为研究和改进的对象。通过MATLAB仿真结果显示改进后的LEACH协议在延长网络寿命方面优于原有的LEACH协议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景和意义
• 1.2 国内外发展及研究现状
• 1.2.1 飞机结构疲劳研究概况
• 1.2.2 无线传感器网络发展和研究现状
• 1.3 本论文的主要研究内容
• 第二章 IEEE 802.15.4 与 ZigBee 协议
• 2.1 ZigBee 网络概述
• 2.1.1 ZigBee 网络简介
• 2.1.2 ZigBee 节点类型
• 2.1.3 ZigBee 网络拓扑结构
• 2.2 ZigBee 协议栈
• 2.2.1 IEEE802.15.4 物理层
• 2.2.2 IEEE802.15.4 MAC 层
• 2.2.3 ZigBee 协议网络层
• 2.2.4 ZigBee 协议应用层
• 2.3 协议实现芯片 CC2520
• 2.3.1 CC2520 概述
• 2.3.2 CC2520 引脚描述
• 2.4 本章小结
• 第三章 硬件电路设计与测试
• 3.1 硬件系统设计及可行性分析
• 3.1.1 硬件系统结构
• 3.1.2 硬件系统可行性分析
• 3.2 ARM 控制芯片的配置及外围电路设计
• 3.2.1 Cortex-M3 芯片 STM32F103RB
• 3.2.2 ARM 控制芯片外围电路设计
• 3.3 传感器电路
• 3.3.1 应变式传感器
• 3.3.2 WESTONE（惠斯顿）电桥电路
• 3.3.3 电压放大电路
• 3.3.4 滤波电路设计
• 3.4 无线通讯模块设计
• 3.4.1 无线通信模块的方案设计
• 3.4.2 无线模块的电路板制作
• 3.5 硬件实际测试和问题分析
• 3.5.1 应变仪读取
• 3.5.2 无线发射距离测试
• 3.6 本章小结
• 第四章 软件平台的实现
• 4.1 uC/OS-II 操作系统
• 4.1.1 uC/OS-II 简介
• 4.1.2 uC/OS-II 的移植
• 4.1.3 任务设计
• 4.2 驱动软件设计
• 4.2.1 CORTEX-M3 芯片初始化
• 4.2.2 CC2520 初始化
• 4.2.3 CC2520 发送数据
• 4.2.4 CC2520 接收数据
• 4.3 通信网络实现
• 4.3.1 网络建立
• 4.3.2 自组织网络的组网
• 4.4 本章小结
• 第五章 分簇路由协议的研究
• 5.1 路由协议概述
• 5.2 典型分簇算法
• 5.2.1 LEACH 路由协议
• 5.2.2 TEEN 路由协议
• 5.2.3 PEGASIS 路由协议
• 5.3 LEACH 协议改进
• 5.3.1 最优簇头数目选取
• 5.3.2 LEACH 协议的改进
• 5.3.3 LEACH 改进算法仿真
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢
• 附录