工业无线网络技术研究与应用

论文摘要

工业无线技术是一种新兴的面向设备间信息交互的无线通信技术，适合在恶劣的工业现场环境使用，具有抗干扰能力强、能耗低、通信实时性好等特征，是一类特殊的传感器网络。目前，广泛使用的工业无线技术有无线局域网，蓝牙和ZigBee等。通过对蓝牙网络通信协议的研究，设计出以ARM9处理器和蓝牙适配器为核心的嵌入式网络节点，该节点具有模数转换和开关量输入输出等功能。在ARM9平台上嵌入式Linux系统中，编写了设备驱动程序，移植了BlueZ协议栈，并在协议栈上开发了通信程序，实现了搜索设备、发现服务、建立连接和收发数据等功能。根据ZigBee协议的体系结构和技术特点，设计了以8位AVR单片机ATmega128和符合IEEE 802．15．4标准的射频芯片CC2420为核心的ZigBee网络协调器和终端设备节点，节点具有光强度信号采集功能。编写了底层驱动程序，移植了PICZstack协议栈到AVR单片机上，并在协议栈上开发了协调器和终端设备的通信程序。设计出的ZigBee网络协调器具有建立网络，处理设备关联请求，处理设备绑定请求，处理设备解关联请求和数据转发等功能，终端设备具有搜寻网络，加入网络和数据收发的功能。由蓝牙主设备和从设备组建的蓝牙微微网，实现了主设备对远程从设备的控制操作。由ZigBee协调器和终端设备组建的ZigBee星型网络，实现了对环境中不同地点光强度信号的采集与监控。通过对上述两个网络的测试和比较分析得出，蓝牙节点具有数据传输速度快和传输质量高的特点，但功耗大，网络拓扑结构单一，扩展性较差，适用于传输语音和视频信号。而ZigBee节点具有功耗低和组网能力强的特点，但数据传输速度慢，适用于控制和数据采集领域。可见，两种技术应用的领域不同，可以达到补充的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及理论意义
• 1.2 工业无线技术
• 1.2.1 无线局域网
• 1.2.2 蓝牙技术
• 1.2.3 ZigBee技术
• 1.3 主要内容和结构
• 2 蓝牙节点设计
• 2.1 主要技术
• 2.1.1 ARM处理器
• 2.1.2 嵌入式Linux
• 2.1.3 MySQL数据库
• 2.2 蓝牙协议
• 2.2.1 蓝牙协议结构
• 2.2.2 蓝牙技术特点
• 2.3 硬件设计
• 2.3.1 微控制器
• 2.3.2 外围电路
• 2.4 软件设计
• 2.4.1 驱动程序设计
• 2.4.2 协议栈移植
• 2.4.3 通信程序设计
• 2.4.4 监控软件设计
• 2.5 小结
• 3 ZigBee节点设计
• 3.1 ZigBee协议
• 3.1.1 ZigBee协议结构
• 3.1.2 ZigBee技术特点
• 3.2 硬件设计
• 3.2.1 微控制器
• 3.2.2 射频芯片
• 3.2.3 外围电路
• 3.3 软件设计
• 3.3.1 驱动程序设计
• 3.3.2 协议栈移植
• 3.3.3 通信程序设计
• 3.4 小结
• 4 实验结果与对比分析
• 4.1 蓝牙节点测试
• 4.2 ZigBee节点测试
• 4.3 节点性能比较与分析
• 4.3.1 节点性能比较
• 4.3.2 节点功耗分析
• 4.3.3 抗干扰性分析
• 4.3.4 网络结构分析
• 4.3.5 应用领域分析
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢