基于ZigBee的无线传感器网络在工业监测中的应用

论文摘要

ZigBee技术是最近几年发展起来的低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本、易应用的近距离双向无线通信技术,可应用于工业控制、医疗监护、交通监管、智能家居等场合。无线传感器网络就是由部署在监测区内的大量微型传感器节点通过无线电通信形成的一个多跳的自组织网络系统,其目的是协作感知、采集和处理网络覆盖区域里被监测对象的信息,并发送给观察者。本文主要介绍基于ZigBee技术的无线传感器网络技术应用于桥梁检测系统。该系统是在列车按正常速度通过桥梁时,在不会使行车和设备增加任何限制条件的情况下,对桥梁的动载性能进行监测的便携式仪器。设计内容包括三个数据采集站——速度测量装置、竖向挠度测量装置和横向位移、横向位移加速度采集装置的硬件设计、软件设计以及ZigBee无线传输方案设计。通过对几种无线传输技术的比较,得出利用ZigBee技术实现无线传输是最合理、经济的通信方案,最终采用ZigBee技术实现低成本、低功耗的无线数据通信。通过进行ZigBee无线组网的测试以及检测系统的现场试验,并对试验数据进行分析,结果表明:该系统完全满足设计要求,可以准确地对列车运行速度、跨中竖向挠度、横向振动加速度进行测量,测量所得数据通过ZigBee无线通讯技术传输到中心采集站或笔记本电脑,进行时域分析和频域分析,最终给出桥梁结构变化的判定和横向刚度指标的判定,从而有效地保证了桥梁监测的实时性和准确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 无线传感器网络的发展
• 1.2 无线传感器网络的特点、应用现状及前景
• 1.2.1 无线传感器网络的特点
• 1.2.2 无线传感器网络的应用现状及前景
• 1.3 zigBee技术的发展
• 1.4 ZigBee技术的特点和应用
• 1.4.1 ZigBee技术的主要特性
• 1.4.2 ZigBee技术的应用
• 1.5 课题来源、研究内容及目的
• 第二章 无线传感器网络技术
• 2.1 无线传感器网络的介绍
• 2.1.1 无线传感器网络的概念
• 2.1.2 无线传感器网络的系统架构
• 2.1.3 传感器节点的结构
• 2.1.4 无线传感器网络的体系结构
• 2.1.5 无线传感器网络的关键技术
• 2.2 基于ZigBee的无线传感器网络
• 2.2.1 无线传感器的构建
• 2.2.2 无线传感器网络的构建
• 2.2.3 关键技术难点
• 第三章 ZigBee技术
• 3.1 ZigBee概述
• 3.1.1 ZigBee技术和IEEE802.15.4标准
• 3.1.2 ZigBee网络中的设备
• 3.1.3 ZigBee的网络拓扑
• 3.1.4 ZigBee的协议架构
• 3.2 几种无线传输技术及其比较
• 第四章 基于ZigBee无线组网的桥梁检测系统
• 4.1 系统的组成
• 4.2 工作原理
• 4.2.1 工作原理
• 4.2.2 关键技术
• 4.3 工作流程
• 4.4 系统总体设计
• 4.4.1 列车速度测量装置的设计
• 4.4.2 挠度测量装置的设计
• 4.4.3 振动测量装置的设计
• 4.4.4 电能问题
• 4.5 计算分析软件结构的设计
• 4.5.1 软件系统的编制
• 4.5.2 计算分析软件主要构成
• 4.6 硬件设计
• 4.6.1 处理器的选择
• 4.6.2 换能器的选择
• 4.6.3 无线通信芯片的选择
• 4.7 软件设计
• 第五章 试验与试验数据分析
• 5.1 无线组网通信试验
• 5.2 竖向挠度测试装置试验
• 5.3 现场试验数据及处理
• 5.4 现场实验结果分析
• 结论与展望
• 参考文献
• 就读硕士学位期间的研究成果
• 致谢