基于ZIGBEE和实时数据库技术的无线数据采集系统研究

论文摘要

无线传感器网络的诞生解决了对布线困难的区域、人员不能到达的区域进行数据采集的问题,同时也简化了有线网络所带来的规划布线、预设接口、线路检测、线路扩容等一系列和传输途径有关的繁琐工作。目前无线传感器网络市场几乎被国外厂商占领,这严重阻碍了我国无线数据采集系统的发展。目前ZigBee作为一项新兴的无线通信技术将其与实时数据库相结合,将对无线实时数据采集系统起到很大的推动作用,同时无线实时数据采集系统的发展对提高企业的运行效率、提高企业的竞争力、降低运营成本也有十分重要的作用。课题的目的是设计出一套能够实现基本应用的无线实时数据采集系统,以验证ZigBee技术与实时数据库技术相结合的可行性,为今后的研究打下基础。该系统的特点是设计简单、实时性强、系统稳定。其功能包括数据采集节点对模拟信号的采集、ZigBee无线网络对数据的无线传输、实时数据库对数据进行管理,管理的功能包括实时数据显示、数据曲线绘制、数据报警及数据存储等。监控人员可以根据上位机上监控系统所显示的数据报表、曲线图以及报警状态对被测对象进行相应的、及时有效的处理。课题以ZigBee芯片CC2430作为无线网络的核心,调整整个无线网络的的正常运行;以实时数据库作为上位机的核心,负责整个数据采集系统的数据实时存储、上位机和无线网络的数据交互:通过组态软件实现无线传感器网络与实时数据库的连接并产生友好的人机界面,方便管理人员管理数据、及时了解数据采集现场的情况。本文所做的主要工作:1、在研究IEEE802.15.4/ZigBee协议的基础上,构建了ZigBee无线星型通信网络,实现了ZigBee星型网的基本应用。2、完成了ZigBee网络节点的硬件设计,包括节点硬件原理图设计、硬件节点抗干扰措施、节点硬件PCB电路板制作以及硬件电路的调试。3、完成了网络各节点通信的软件设计,主要包括终端节点数据采集程序的编写和各节点相互通信的软件设计,实现了终端节点对环境温度的采集以及星型网络各节点之间的通信。4、通过组态软件完成了无线传感器网络与实时数据库系统的连接,实现了实时数据库系统对数据的管理,如实时数据显示、数据曲线绘制、数据报警及数据存储等。经多次试验,系统的实时性、数据传输的正确性以及系统的稳定性得到了验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 无线传感器网络的特点和应用
• 1.1.2 ZigBee无线传感器网络
• 1.1.3 无线传感器网络节点的体系结构
• 1.1.4 实时数据库及其功能
• 1.1.5 国内外研究现状
• 1.1.6 课题的意义
• 1.2 论文的任务和本人的主要工作
• 第二章 IEEE 802.15.4/ZigBee协议
• 2.1 ZigBee概述
• 2.2 ZigBee技术的网络拓扑结构及特点
• 2.3 ZigBee协议寻址方式
• 2.4 ZigBee协议栈及各层规范
• 2.4.1 ZigBee协议框架
• 2.4.2 物理层
• 2.4.3 MAC层
• 2.4.4 网络层
• 2.4.5 应用层
• 2.5 几种常用短距离无线通信技术的比较
• 第三章 ZigBee无线传感器网络拓扑选择与网络组建
• 3.1 ZigBee无线网络拓扑的选择
• 3.1.1 星型网络和对等网络的优缺点
• 3.2 ZigBee网络的组建
• 3.2.1 建立新网络
• 3.2.2 ZigBee加入网络过程
• 3.3 本文星型网络的组建与通信的实现
• 3.4 本章小结
• 第四章 ZigBee无线传感器网络节点硬件设计
• 4.1 ZigBee网络I/O模块硬件的总体设计方案
• 4.2 无线通信模块设计
• 4.2.1 主芯片的选择
• 4.2.2 无线射频模块的硬件设计
• 4.3 传感器模块的设计
• 4.4 电源模块设计
• 4.5 其它相关电路电路设计
• 4.5.1 RS232串行接口电路设计
• 4.5.2 OLED显示
• 4.6 硬件电路的抗干扰措施
• 4.6.1 设置去耦电容
• 4.6.2 接地连接
• 4.6.3 布线设计
• 4.7 硬件PCB图及实物
• 4.8 硬件测试
• 4.9 本章小结
• 第五章 ZigBee无线传感器网络节点软件设计
• 5.1 软件的开发环境及应用软件
• 5.2 温度采集节点软件设计及节点之间通信的实现
• 5.2.1 服务原语的概念
• 5.2.3 温度采集的实现
• 5.2.4 节点之间的通信实现
• 5.3 本章小节
• 第六章 实时数据库在上位机中的应用
• 6.1 上位机应用软件简介
• 6.2 本文应用的实时数据库简介
• 6.2.1 实时数据库在无线实时数据采集系统中的作用
• 6.2.2 本文实时数据库特点
• 6.3 组态软件简介
• 6.3.1 组态软件在实时数据采集系统中的作用
• 6.3.2 组态软件的优势
• 6.4 实时数据库模块与无线传感器网络的连接与实现
• 6.4.1 实时数据的数据类型
• 6.4.2 实时数据库模块与无线传感器网络节点连接的具体实现
• 6.5 人机界面的设计
• 6.6 本章小结
• 第七章 系统的总体调试、总结与展望
• 7.1 系统的总体调试
• 7.2 本文总结
• 7.3 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文及科研成果