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动态可配置WSN通用测控系统的应用研究

2020-12-16阅读(549)

动态可配置WSN通用测控系统的应用研究

论文摘要

无线传感网络(Wireless Sensor Networks,WSN)融合了传感器技术、通信技术和计算机技术,实现了数据采集、传输及处理的统一,已被广泛应用于各行各业,其在测控系统中的应用也正成为研究的热点。目前各机构对基于WSN的测控系统进行独立的研究,在开发过程中势必存在大量重复开发。为此,本文提出了动态可配置WSN通用测控系统(DWSNS)的设计方案。目的在于提供一个硬件可裁减、软件可定制的基于WSN的通用测控系统的基础框架,以减少重复劳动、提高系统可重用性和开发效率。本文的主要工作及创新点如下:(1)在分析测控系统一般结构的基础上提出了一种基于无线传感网络的通用测控系统DWSNS的软硬件模型。(2)根据硬件构件设计思想给出了DWSNS的通用硬件平台的设计方案,系统采用Freescale公司的MC13213作为DWSNS中测控节点的主控芯片,将模拟量输入、开关量输入、模拟量输出以及开关量输出模块作为四个独立的模块进行设计,不与主控芯片的特定引脚相连,使得测控节点的硬件功能不被固化,增加了硬件的灵活性和通用性。(3)按照组态软件及组件的设计思想分别完成了上、下位机软件的设计。在下位机软件的设计中根据嵌入式数据库的设计思想,将配置参数按照设定的数据结构存放在嵌入式数据库中,并给出相关的Flash地址定位算法。下位机运行时根据此算法在嵌入式数据库中查找相应的配置文件,对其进行解析并依据配置文件执行相应操作,从而使下位机功能在通用框架的基础上具体化。(4)在上位机软件的设计中,给出了具有良好用户界面的上位机配置软件,并对相应数据库进行了详细设计,使用配置软件可以方便地对DWSNS的通用硬件平台进行配置。给出了监控软件的设计,监控软件根据配置软件生成的XML文件生成针对具体系统的监控界面,实现对WSN中各测控节点的监控。(5)为了验证DWSNS的可行性和可靠性,本文最后给出了使用DWSNS进行配置式开发的应用实例。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 第一章 绪论
  • 1.1 课题背景
  • 1.1.1 无线传感网络的构成及优势
  • 1.1.2 测控系统的历史及现状
  • 1.1.3 组态软件简介
  • 1.2 课题意义与本文工作
  • 1.2.1 课题意义
  • 1.2.2 本文工作
  • 1.3 论文结构
  • 第二章 DWSNS 的总体设计方案
  • 2.1 通用型系统设计原则
  • 2.2 测控系统的一般结构
  • 2.3 DWSNS 通用模型的建立
  • 2.3.1 硬件通用平台的设计
  • 2.3.2 通用型软件设计方案
  • 2.4 DWSNS 的组网方式
  • 2.5 相关技术概要
  • 2.5.1 ZigBee 技术简介
  • 2.5.2 构件的描述
  • 2.5.3 XML 文件
  • 2.6 本章小结
  • 第三章 DWSNS 的通用硬件设计
  • 3.1 主控芯片的选型
  • 3.2 MC13213 的最小系统
  • 3.2.1 电源模块
  • 3.2.2 晶振模块
  • 3.2.3 BDM 调试写入模块及复位模块
  • 3.3 通用硬件平台的设计
  • 3.3.1 模拟量输入模块
  • 3.3.2 开关量输入模块
  • 3.3.3 模拟量输出模块
  • 3.3.4 开关量输出模块
  • 3.4 串口模块
  • 3.5 硬件设计体会
  • 3.6 本章小结
  • 第四章 DWSNS 的嵌入式软件设计
  • 4.1 软件框架
  • 4.2 MC13213 底层硬件驱动
  • 4.2.1 MC13213 芯片初始化
  • 4.2.2 无线收发功能的实现
  • 4.2.3 串口初始化
  • 4.2.4 Flash 模块程序
  • 4.3 测控功能模块接口的设计
  • 4.3.1 通用I/O 功能接口设计
  • 4.3.2 AD 功能接口设计
  • 4.3.3 PWM 功能接口设计
  • 4.4 嵌入式数据库的设计
  • 4.4.1 配置参数数据结构的设计
  • 4.4.2 Flash 地址定位算法的设计
  • 4.5 遇到的问题与解决的方法
  • 4.6 本章小结
  • 第五章 配置与监控软件的设计
  • 5.1 配置软件的设计
  • 5.1.1 硬件可配置资源分析
  • 5.1.2 数据库的设计
  • 5.1.3 配置软件功能设计
  • 5.1.4 XML 文件的封装
  • 5.2 监控软件的设计
  • 5.2.1 监控软件的功能划分
  • 5.2.2 XML 文件的解析
  • 5.2.3 物理量回归校准
  • 5.3 上下位机通信协议的设计
  • 5.3.1 上位机发送的包格式
  • 5.3.2 下位机发送的帧格式
  • 5.4 配置功能的测试
  • 5.5 本章小结
  • 第六章 应用实例设计与分析
  • 6.1 温室大棚环境监控系统的需求分析
  • 6.2 环境参数的调节方法及传感器的选择
  • 6.3 系统输入量与输出量的分析
  • 6.4 硬件的搭建
  • 6.5 系统的定制
  • 6.6 配套的监控软件的生成
  • 6.7 本章小结
  • 第七章 总结与展望
  • 7.1 全文总结
  • 7.2 课题展望
  • 参考文献
  • 攻读学位期间公开发表的论文及科研成果
  • 附录A 测控节点工程文件列表及主控芯片引脚图
  • A.1 测控节点工程文件列表
  • A.2 64 引脚LGA 封装的MC13213 的引脚分配图
  • 附录B 系统硬件实物图
  • B.1 测控节点实物图
  • B.2 汇聚节点实物图
  • 致谢

    • 相关论文文献

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