无线传感器网络节点研究与实现

论文摘要

近年来,随着无线传感器网络的迅猛发展,以及人们对环境监测提出更高要求,越来越多的企业和机构致力于把无线传感器网络应用于环境监测系统。通过在监测区域内部署大量的廉价微型传感器节点,以无线通信方式形成网络系统,从而实现对环境信息的监测。本文提出了一种应用于环境监测的无线传感器网络节点方案,节点能够监测环境温度、湿度、光照度以及图像信息;节点利用Wi-Fi技术接入802.11b/g网络,实现了与管理节点的无线通信;根据此方案,本文进行了节点硬件与软件的需求分析,并且在需求分析的基础上选择NanoWiReach为无线通信模块、ATmega128L为处理器、SHT10为温湿度传感器、TSL2561为光照度传感器、串口图像模块为图像传感器;根据各个器件的使用原理制作PCB图,搭建了节点的硬件平台;在此硬件平台上,自定义了无线传感器网络节点与管理节点的通信协议,并且软件实现了采集温度、湿度、光照度以及图像功能。最后,本文搭建了一个与节点一起使用的监控平台,并且编写了监控平台软件。通过监控平台软件直观地验证了无线传感器网络节点能够正确地监测环境温度、湿度、光照度以及图像信息。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景与意义
• 1.2 无线传感器网络研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国外研究现状
• 1.2.2 国内研究现状
• 1.2.3 发展趋势
• 1.3 论文研究内容及章节安排
• 第二章 无线传感器节点方案设计
• 2.1 无线传感器网络概述
• 2.1.1 无线传感器网络体系结构
• 2.1.2 无线传感器网络的关键技术
• 2.1.3 无线传感器网络的特征
• 2.1.4 无线传感器网络的应用
• 2.2 基于环境监测的无线传感器节点方案设计
• 2.3 基于环境监测的无线传感器节点需求分析
• 2.3.1 功能需求
• 2.3.2 硬件需求
• 2.3.3 软件需求
• 2.4 本章小结
• 第三章 无线传感器节点的硬件详细设计
• 3.1 硬件选择
• 3.2 无线传感器节点硬件总体设计
• 3.3 传感器模块设计
• 3.3.1 SHT10 温湿度传感器模块
• 3.3.2 TSL2561 光照度传感器模块
• 3.3.3 图像传感器模块
• 3.4 Nano WiReach 无线通信模块设计
• 3.5 电源模块设计
• 3.6 JTAG 接口设计
• 3.7 无线传感器节点实物图
• 3.8 本章小结
• 第四章 无线传感器节点的软件设计
• 4.1 软件开发环境
• 4.1.1 WinAVR 编译器
• 4.1.2 AVR STUDIO 集成开发环境
• 4.2 无线传感器节点自定义通信协议
• 4.3 无线传感器节点软件总体设计
• 4.4 传感器节点程序详细设计
• 4.4.1 无线收发软件设计
• 4.4.2 SHT10 采集温湿度设计
• 4.4.3 TSL2561 采集光亮度设计
• 4.4.4 JPEG 图像采集
• 4.5 传感器节点测试结果
• 4.6 本章小结
• 第五章 监控平台软硬件设计
• 5.1 监控平台硬件搭建
• 5.2 监控平台软件设计
• 5.2.1 界面设计
• 5.2.2 底层软件设计
• 5.3 测试结果与性能分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文总结
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录1 传感器扩展板PCB 图
• 附录2 处理器板PCB 图