无线传感器网络在智能家居系统中的应用研究

论文摘要

微电子技术、计算机技术和无线通信等技术的进步,推动了低功耗多功能传感器的快速发展,使其在微小体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能。无线传感器网络就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发送给观察者。传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三个要素。本论文以智能家居系统为背景,研究将无线传感器网络技术应用在智能家居中来实现室内温度和人体热释红外信息的检测。首先介绍了无线传感器网络和智能家居的起源与发展,具体分析了目前智能家居系统的不足和智能家居与无线传感器网络技术结合的难点。接着根据无线传感器网络节点的定义,本文对其四个组成部分的硬件进行设计,详细介绍了各部分器件的特点及相应的电路原理图。随后介绍了通信协议的设计,主要包括MAC层协议和路由协议的设计。本文在比较几种流行的拓扑结构的基础上设计了最适合智能家居网络的拓扑结构,同时设计了节点的硬件驱动程序以及实现通信协议的程序,接着组建了一个小型的网络来实现室内温度和人体红外信息的采集及多跳传输。最后总结了本论文的设计工作并展望了基于无线传感器网络的智能家居系统的美好前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 引言
• 第一章 绪论
• 1.1 无线传感器网络的起源和发展现状
• 1.1.1 军事领域的研究进展情况
• 1.1.2 民用领域的研究进展情况
• 1.1.3 学术界的研究进展情况
• 1.2 无线传感器网络的关键技术
• 1.2.1 无线通信技术
• 1.2.2 无线通信的网络协议
• 1.2.3 无线通信的数据融合
• 1.3 智能家居的起源和发展现状
• 1.3.1 智能家居的概念
• 1.3.2 智能家居的发展现状
• 1.3.3 传统的智能家居网络的不足
• 1.4 无线传感器网络技术与智能家居结合的难点
• 1.5 本论文的工作与论文内容安排
• 第二章 无线传感器网络节点的硬件设计
• 2.1 传感器节点的定义
• 2.2 传感器节点的硬件设计
• 2.2.1 传感器单元的设计
• 2.2.2 处理器单元的设计
• 2.2.3 无线通信单元的设计
• 2.2.4 能量供应单元的设计
• 2.3 本章小结
• 第三章 通信协议的设计
• 3.1 MAC 层协议的设计
• 3.1.1 MAC 层协议的设计要求
• 3.1.2 信道接入方式的设计
• 3.1.3 差错控制算法的设计
• 3.1.4 MAC 层数据帧格式的设计
• 3.2 路由协议的设计
• 3.2.1 主动路由协议
• 3.2.2 按需路由协议
• 3.2.3 路由协议的设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 智能家居网络的设计及综合调试
• 4.1 智能家居网络拓扑结构的设计
• 4.1.1 几种常见的拓扑结构
• 4.1.2 智能家居网络拓扑的设计
• 4.2 程序的综合设计
• 4.2.1 温度传感器DS18B20 驱动程序的设计
• 4.2.2 无线收发芯片NRF905 驱动程序的设计
• 4.2.3 传感器节点整体程序的设计
• 4.3 系统的综合调试
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 回顾总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录1
• 附录2
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要