基于无线传感器网络的工厂数据监控系统设计

论文摘要

随着传感器技术和无线通信技术的发展，无线传感器网络成为当前国际上备受关注的前沿热点研究领域。它通过集成微型传感器对研究对象实施监测、采集数据，并用无线的方式把信息发送出去，在军事国防、工农业控制、生物医疗、环境检测、抢险救灾、危险区域远程控制等领域获得广泛应用。ZigBee技术是一种安全、低功耗的近距离无线组网通信技术，其核心是多信道通信装置和微控制器。它一般采用低廉的8位微处理器，将无线射频收发模块集成在一块芯片上，外围接上几个阻容和晶振等器件，再连接上一些A/D、D/A、I/O接口及控制电路，即可以组成各个职能节点、无线传感器网络节点的核心控制模块。ZigBee显著的特点是低速率、低功耗、低成本、安全性和灵活的网络拓扑结构。在工作模式下，ZigBee技术的传输速率低，传输数据量很小，因此信号的收发时间短、能耗小；在非工作模式时，ZigBee处于休眠模式，也使得它非常省电。ZigBee的媒体接入控制层采用CSMA/CA接入算法，同时为需要固定带宽的通信业务预留专用时隙，避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层支持确认的数据传输模式，要求每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息，如果传输过程中出现问题可以进行重发，从而建立起可靠的数据通信模式。本论文首先简要介绍了课题研究的背景、意义以及所要研究的内容，概述了无线传感器网络的发展历史、网络拓扑结构及其实际生活中得应用，并着重研究了ZigBee通信协议内容、特点以及通信协议的架构。其次，设计了适合实际要求的ZigBee简单协议，介绍了协议的特点，并用CC2430完成设计分布式温度监控系统的温湿度传感器节点和中心节点，讨论了节点软件程序结构及流程。最后，介绍了ZigBee开发软件环境IAR,以及仿真过程，并通过加载程序，验证了无线网络数据的采集和传输。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题研究的背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 无线传感器系统的应用实例简介
• 1.4 本文研究内容和安排
• 第2章 无线传感器网络设计
• 2.1 无线传感器网络结构
• 2.2 无线传感器网络协议
• 2.3 工厂无线网络结构
• 2.3.1 网络系统结构
• 2.3.2 拓扑结构
• 2.4 传感器选择
• 2.4.1 传感器的定义
• 2.4.2 传感器的特性
• 2.4.3 传感器的选择
• 2.5 本章小结
• 第3章 Zig Bee通信协议
• 3.1 几种短距离无线通信技术
• 3.1.1 Wi- Fi
• 3.1.2 蓝牙
• 3.1.3 超宽频技术
• 3.1.4 近距离无线传输
• 3.2 Zig Bee通信协议
• 3.2.1 IEEE802.15.4标准
• 3.2.1.1 物理层
• 3.2.1.2 MAC层
• 3.2.2 Zig Bee 简介
• 3.2.3 Zig Bee特点
• 3.2.4 Zig Bee应用领域
• 3.2.5 Zig Bee网络结构
• 3.2.5.1 Zig Bee网络中的设备
• 3.2.5.2 Zig Bee网络拓扑结构
• 3.2.6 Zig Bee协议栈
• 3.2.6.1 Zig Bee物理层（ PHY）
• 3.2.6.2 Zig Bee访问控制层（ MAC）
• 3.2.6.3 Zig Bee网络层（ NWK）
• 3.2.6.4 Zig Bee应用层（ APL）
• 3.3 本章小结
• 第4章 系统总体设计
• 4.1 Zig Bee芯片选择
• 4.1.1 Zig Bee芯片比较
• 4.1.2 Zig Bee芯片 CC2430性能介绍
• 4.2 串口通信设计
• 4.3 温度传感器设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 软件部分设计
• 5.1 Zig Bee协议
• 5.1.1 Zigbee协议栈体系结构
• 5.1.2 Zigbee协议编程
• 5.2 程序设备描述及要调用的函数
• 5.3 Zigbee程序流程
• 5.4 硬件实现
• 5.4.1 IAR开发环境
• 5.4.2 硬件仿真
• 5.5 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果