基于无线传感器网络的楼宇监控平台设计与实现

论文摘要

无线传感器网络是结合了传感器技术、通信技术、微机电系统和计算机技术的新兴技术。通过大量传感器节点形成自组织网络,能够采集、感知环境对象的数据信息,并进行融合处理,利用多跳路由无线传送给观测者。在工业自动化、环境监测、医疗护理和军事领域,无线传感器网络有广泛的应用前景。楼宇监控是智能建筑中的重要组成部分。它利用网络把楼宇中的水、暖、安防等系统集成起来,统一管理,提高了工作效率。传统的楼宇监控利用总线控制,有布线复杂等弊病。在楼宇监控中引入无线传感器网络会使得系统工作更加高效,节点部署方便,无线的优势也克服了有线方式的弊端。楼宇监控平台采用Zigbee技术,以低功耗的设计思想为原则。搭建了以CC2430为核心的硬件平台,集成了温湿度传感器,烟雾传感器和红外传感器。节点供电方式灵活,体积小巧。利用无线Zigbee技术让硬件节点监控各房间的温湿度信息,报告火灾的发生和人员闯入情况。节点软件以Z-Stack协议栈为基础,详细分析了其路由机制和任务管理等工作流程。完成了用户任务,包括周期性的信息发送,报警信息实时发送,灭火等控制接口。设计了与上位机通信的帧格式。用Delphi和SQL Server设计完成了上层管理软件,能从串口获取整个Zigbee网络中节点的信息。实时监视网络拓扑和各节点所在地的温度、湿度,火灾安防报警功能清楚呈现。历史数据可以存储在数据库中随时查看,可用曲线的方式直观的表现。从Zigbee网络和上层管理平台的联合测试来看,各节点组网正确迅速,监控反应及时,数据存储正常,稳定工作时间也满足要求。整个楼宇监控系统工作情况良好,达到了预期目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 无线传感器网络介绍
• 1.2.1 无线传感器网络研究现状
• 1.2.2 无线传感器网络特点
• 1.3 本文的内容和结构
• 第二章 相关技术介绍
• 2.1 Zigbee 技术介绍
• 2.1.1 IEEE 802.15.4 标准
• 2.1.2 Zigbee 技术标准
• 2.2 本章小结
• 第三章 楼宇监控平台总体设计
• 3.1 楼宇监控平台设计要求
• 3.2 楼宇监控平台设计目标
• 3.3 系统总体结构设计
• 3.4 系统功能概述
• 3.5 本章小结
• 第四章 无线传感器网络节点设计
• 4.1 节点硬件设计
• 4.1.1 处理芯片选型
• 4.1.2 传感器选型
• 4.1.3 串口模块
• 4.1.4 供电模块
• 4.1.5 节点原理图
• 4.2 节点软件设计
• 4.2.1 开发工具介绍
• 4.2.2 Z-Stack 协议栈应用
• 4.2.3 用户事件处理分析
• 4.2.4 协调器启动
• 4.2.5 串口通信设置
• 4.2.6 中断处理模块
• 4.2.7 周期性采集模块
• 4.2.8 通信帧格式
• 4.2.9 主动控制模块
• 4.3 本章小结
• 第五章 上层管理平台设计
• 5.1 开发环境介绍
• 5.2 总体设计
• 5.2.1 方案设计
• 5.2.2 流程设计
• 5.2.3 关键数据结构
• 5.3 主界面设计
• 5.4 串口通信模块
• 5.5 数据库模块
• 5.5.1 数据库的连接
• 5.5.2 数据表的建立
• 5.5.3 数据的查询和显示
• 5.6 拓扑绘制模块
• 5.7 本章小结
• 第六章 楼宇监控平台的测试
• 6.1 测试工具与环境
• 6.2 节点组网测试
• 6.3 平台功能测试
• 6.4 生存期测试
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间的研究成果