基于有源RFID的无线传感器网络的研究与应用

论文摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Network)是目前的热点技术,综合现代传感器、通信、微电子、嵌入式计算以及分布式信息处理等技术,被广泛应用于区域内环境信息数据采集。无线射频识别技术(Radio Frequency Identification)目前被广泛应用在目标物体身份的自动识别系统中。在很多实际应用中,系统需要采集身份信息及其相应的环境信息数据才能做出有效决策,传统的WSN系统无法采集目标身份,现有的RFID系统则无法获取环境信息。本论文将理论研究与实际研发相结合,把RFID嵌入到无线传感器网络中,构成新型系统,可以有效解决上述问题。本文的主要工作和成果如下:1.研究2.4GHz射频芯片nRF24LE1在集成系统中的应用,设计了有源RFID标签和射频标签读写模块,使其构成底层的小型RFID系统。实验表明该系统能很好地实现数据编码、校验算法和防碰撞,并编写相关程序,实现了对有源RFID标签的身份识别。2.研究了以MSP430控制芯片为中心的网络节点的应用,设计了无线射频单元、传感器单元和能量供应单元,并完善了其外围电路,结合射频标签读写单元,构建具备传感器功能的读写器,构成上层的WSN系统。研究各个功能单元并完成其相关软件的设计,实现了读写器信息校准、环境信息的高速采集和有源RFID标签快速读取等功能。3.设计了以仓库存储为应用背景的上层管理软件,实现了对数据的汇总、存储和分析,且可以通过串口实现对网络节点的站点校准和时间校准,为以后扩展应用打下良好基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 相关研究现状
• 1.3 研究目标与研究内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 研究内容与所做工作
• 1.4 论文结构
• 第2章 WSN与 RFID集成技术分析
• 2.1 WSN 技术与RFID 技术集成的契机
• 2.2 目前 WSN 与RFID 集成技术的研究
• 2.2.1 体系架构
• 2.2.2 网络协议
• 2.2.3 数据管理
• 2.2.4 应用实例
• 2.3 WSN 和RFID 集成研究点分析
• 2.3.1 WSN 技术和RFID 技术的区别
• 2.3.2 集成难点分析
• 2.4 本文研究技术路线
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于 RFID的无线传感器网络关键技术研究
• 3.1 基于 RFID 的无线传感器网络总体构架
• 3.1.1 架构设计原则
• 3.1.2 集成系统总体构架设计
• 3.2 集成模型设计
• 3.2.1 系统硬件架构
• 3.2.2 系统固件架构
• 3.2.3 系统组网协议
• 3.2.4 系统上层管理软件
• 3.3 节点技术
• 3.3.1 节点硬件总体构架
• 3.3.2 节点融合技术
• 3.3.3 节点能量研究
• 3.3.4 算法研究
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于 RFID的 WSN硬件设计
• 4.1 硬件设计概述
• 4.2 有源 RFID 标签设计
• 4.2.1 nRF24LE1 简介
• 4.2.2 有源RFID 标签硬件设计
• 4.3 网络节点硬件设计
• 4.3.1 处理器模块
• 4.3.2 无线通信模块
• 4.3.3 射频标签读写模块
• 4.3.4 传感器模块
• 4.3.5 能量供应模块
• 4.3.6 网络节点外围电路设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 基于 RFID的 WSN软件设计
• 5.1 软件设计概述
• 5.1.1 工作分析及功能划分
• 5.1.2 软件平台
• 5.2 射频标签读写模块和有源RFID 标签软件设计
• 5.2.1 工作模式设置
• 5.2.2 射频标签读写模块软件设计
• 5.2.3 有源RFID 标签软件设计
• 5.2.4 数据防冲突程序实现
• 5.3 网络节点的软件设计
• 5.4 上层管理软件平台
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间参加的科研项目和成果