基于无线传感器网络的振动信号采集系统研究

论文摘要

无线传感器网络是当前国际上备受关注的、涉及多学科高度交叉、只是高度集中的前沿热点研究领域。它综合了传感器、嵌入式计算机、现代网络及无线通信和分布式信息处理等技术,能够通过各类集成化的微型传感器协同完成对各种环境或检测对象的信息的实时监测、感知和采集、这些信息通过无线方式被发送,并以自组多跳的网络方式传送到用户终端,从而实现物理世界、计算世界以及人类社会这三元世界的连通。本文研究了无线传感器网络拓扑结构的TopDisc算法,详细描述了TopDisc算法定义、原理、分类以及在无线传感器网络中的应用,TopDisc算法的主要思想是:利用颜色标记理论找到簇头结点;其中基于结点度数的LMA和LMN算法、GAF算法、TopDisc算法等是最常见的算法。本论文对TopDisc算法进行了改进,其原理是通过设置传感器结点电量的最小阈值,当簇首结点电量阈值小于规定的范围,簇首结点就会在其规定范围内搜索是否有备用电量高于设置阈值的结点,有的话就让其作为簇首结点,没有的话就会向父簇首结点发送拓扑切换消息,父簇首结点再向上传递该消息直至汇聚点,汇聚结点记录失效簇,当汇聚点发现失效簇过多时,该消息向全网络广播后,网络中的各簇首结点转而使沿第二个汇聚点的生成树流向对应的汇聚点。改进后使得稳定性得到了增强,也使得网络结点能量消耗更加均衡。本论文设计了一种基于Zigbee无线传感器网络的振动信号采集系统。重点研究了传感器结点硬件平台的设计与实现,设计基于Zigbee技术和ARM技术的振动信号采集系统,即通过CC2430模块和MEMS加速度传感器ADXL345组建无线传感器网,通过这些模块对对数据进行传输,同时也将控制命令转发给Zigbee局域网,主要过程是通过加速度传感器感应测点加速度的大小,采用串行SPI通信方式传送给CC2430,再由该芯片通过无线传感器网络传给PC机,从而实现振动信号的测试。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 本课题研究的目的及意义
• 1.3 国内外发展现状
• 1.3.1 国外发展现状
• 1.3.2 国内无线传感网络发展现状
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 Zigbee 技术简介
• 2.1 Zigbee 开发的环境和工具
• 2.2 Zigbee 协议栈及各层规范
• 2.2.1 Zigbee 协议框架
• 2.2.2 寻址
• 2.2.3 数据传输机制
• 2.3 无线传感器网络拓扑控制技术
• 2.3.1 拓扑控制概述
• 2.3.2 无线传感器网络拓扑控制的主要技术挑战
• 2.3.3 现有拓扑控制算法
• 2.4 本章小结
• 第三章 TopDisc 算法的分析与改进
• 3.1 拓扑发现算法
• 3.1.1 三色算法
• 3.1.2 四色算法
• 3.2 TopDisc 的扩展算法
• 3.3 TopDisc 的改进方案
• 3.3.1 算法模型
• 3.3.2 算法分析
• 3.4 拓扑控制算法实验
• 3.4.1 OPNET 仿真介绍
• 3.4.2 仿真环境
• 3.4.3 实验数据分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 振动信号数据采集系统设计
• 4.1 Zigbee 数据传输网络的硬件和程序设计
• 4.1.1 结点主控芯片CC2430 性能介绍
• 4.1.2 网络协调器的设计
• 4.2 信号采集结点的设计
• 4.2.1 ADXL345 简介
• 4.2.2 ADXL345 结构特点
• 4.2.3 ADXL345 通信模式
• 4.2.4 采集结点硬件电路的设计
• 4.2.5 ADXL 软件驱动程序的设计
• 4.3 上位机软件的设计
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要