基于CC2430无线多参数传感器检测网络的设计

论文摘要

随着科技的发展,融合了传感器技术、信息处理技术和网络通信技术的无线传感器网络（Wireless Sensor Network,WSN）应运而生了。无线传感器网络是由大量传感器网络节点通过无线通信的方式构成的自组织网络,可实现数据的采集、量化、处理和传输应用,是现代信息技术中的一个新的发展领域,有着非常广阔的发展空间和应用前景。本文设计就是基于无线网络协议（ZigBee协议）的多参数传感器检测系统。随着智能化、数字化控制方式在人类生活中的应用,水环境中温度、盐度、溶氧、pH值、浊度及压力等参数的测量和控制在水产养殖中至关重要。目前,在我国水产养殖业中,现有的水质检测仪表多基于RS-232和RS-485的有线数据通信。然而有线通信方式受到布线的限制,在某些受环境约束的地方应用比较困难,且成本较高,远不能满足大规模水产养殖进一步发展的要求,因此迫切需要一种新的检测方法来代替现有的检测方法。本文将无线传感器网络应用到多参数检测当中正是适应了现代大规模工厂养殖发展的需要。本文针对项目中采集的参数节点数目多,分布范围广等特点,利用ZigBee无线传感器网络技术来进行数据通讯。首先分析了课题研究的意义和市场价值,然后简略地阐述了系统的总体设计方案,接着对系统的多种传感器电路进行了详细的理论分析和设计。其次是人机界面的设计,包括液晶的现场显示、按键多菜单操作以及远程画面的监控设计等。最后对ZigBee协议进行了深入的研究,并且把多参数检测与ZigBee协议结合起来,实现了无线多参数传感器网络的设计。利用CC2430无线单片机作为现场智能检测仪表的终端节点（用于多参数检测）、路由器节点、协调器节点（用于现场监控以及远程通信）。在基于CC2430无线芯片的基础上,根据实际项目的需要,利用ZigBee协议组成了多种网络,实现了对水体环境中温度、盐度、pH值、浊度等常规参数的检测。经过现场实际运行测试,本系统长时间工作稳定可靠,具有一定的市场价值和良好的发展前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 国外无线传感器网络的发展现状
• 1.1.2 国内无线传感器网络的发展现状
• 1.2 课题研究的背景
• 1.3 课题研究的意义
• 1.4 本课题的主要方面
• 1.5 本章小结
• 第2章 系统总体设计方案
• 2.1 系统设计要求
• 2.2 水环境多参数监测系统的特点
• 2.3 系统整体方案
• 2.3.1 布局结构
• 2.3.2 协调器节点设计
• 2.3.3 终端节点设计
• 2.4 组网设计
• 2.5 本章小结
• 第3章 系统硬件电路设计
• 3.1 硬件系统设计概述
• 3.2 温度模块设计
• 3.2.1 PT100简介
• 3.2.2 温度检测系统电路原理
• 3.2.3 温度的标定
• 3.3 盐度传感器模块设计
• 3.4 溶解氧传感器模块
• 3.4.1 溶解氧传感器
• 3.4.2 A/D转换
• 3.5 pH值传感器模块设计
• 3.5.1 信号调理电路
• 3.5.2 pH值检测原理
• 3.5.3 pH值测量
• 3.5.4 实验数据处理
• 3.6 浊度传感器模块设计
• 3.6.1 浊度研究的内容
• 3.6.2 浊度检测原理
• 3.6.3 非线性补偿
• 3.6.4 检测电路的设计
• 3.7 本章小结
• 第4章 人机界面
• 4.1 多级菜单
• 4.1.1 结构体实现按键程序
• 4.1.2 键盘扫描程序
• 4.1.3 键盘结构体数组初始化
• 4.1.4 处理按键对应的功能
• 4.2 液晶显示
• 4.3 上位机显示
• 4.4 串口通信协议设计
• 4.4.1 串口通信协议简介
• 4.4.2 帧类型介绍
• 4.5 本章小结
• 第5章 无线传感器网络的设计
• 5.1 无线芯片的选择
• 5.2 无线芯片CC2430
• 5.2.1 CC2430芯片的主要特性
• 5.2.2 CC2430芯片的引脚功能
• 5.2.3 CC2430外围参考电路
• 5.3 Zigbee协议
• 5.3.1 ZigBee技术的特点
• 5.3.2 ZigBee协议框架
• 5.4 无线多参数网络的实际应用
• 5.4.1 对单个鱼池的无线传感器星型网络拓扑结构设计
• 5.4.2 对多个鱼池的无线传感器树状网络拓扑结构设计
• 5.4.3 对长条型鱼池的无线传感器树状网络拓扑结构设计
• 5.4.4 大范围远距离的养殖鱼塘无线混合型网络拓扑结构设计
• 5.5 无线通信的测试
• 5.5.1 点对点的测试
• 5.5.2 整个网络的测试
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 本文展望
• 参考文献
• 致谢
• 论文发表及科研工作