ZIGBEE无线传感器网络在水文自动测报系统中的应用研究

论文摘要

我国是个水资源分布严重不均而且洪水灾害多发的国家。水文信息是水利部门预报水情和做出决策的重要依据,所以水文信息准确与及时的测报工作就具有了重大的意义。随着科技的飞速发展,传统的水文信息采集技术已不能满足当今水利管理的需要。水文自动测报系统就是为了解决水文信息的自动化采集、处理而建设的工程,其是一个由无线传感器网络技术、RTU技术、计算机网络技术、数据库技术等构成的测报系统。无线传感器网络是水文自动测报系统中的一个重要组成部分,负责如雨量、水位、温度等水文信息的采集、汇聚和上报工作,是整个系统的基础。其正是解决传统的水文信息采集技术存在观测点少、数据采集慢、传输不可靠等缺点的有效办法。本文主要设计了基于ZigBee技术的无线传感器网络模型。该网络采用了TI公司的CC2430射频芯片作为核心器件,设计了ZigBee网络中协调器节点和传感器节点的硬件电路。各个节点硬件电路采用了模块化设计,这样可以减少设计复杂度,增加设备间的通用性和稳定性。软件设计采用了IAR EW集成开发环境和TI公司的Z-Stack协议栈,根据各个节点的功能需求设计了软件流程图,和通信数据帧格式。在软硬件的设计中,充分体现了低复杂度、低功耗、低成本等特点。本文在结构安排上首先提出了课题开发背景和意义,并简要介绍了无线传感器网络的特点和结构；其次,对ZigBee技术的特点、设备组成、网络拓扑结构、路由协议进行了简单描述,对协议栈以及栈内各层结构和功能进行了详细的研究；再次,通过对网络结构以及系统应用环境的分析,提出了无线传感器网络的功能需求,设计了总体框架模型；然后,介绍了论文的核心部分,网络内各个节点的硬件以及软件的详细设计；最后对本文所做的研究工作进行了总结,并对工作中的不足进行了展望。综上所述,本文所设计的ZigBee无线传感器网络为水文信息能快速而准确的测报提供了一套行之有效的解决方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题开发背景及意义
• 1.2 水文自动测报系统的国内外发展及趋势
• 1.3 无线传感器网络概述
• 1.3.1 无线传感器网络的特点
• 1.3.2 无线传感器网络的体系结构
• 1.3.3 无线传感器节点结构
• 1.3.4 无线传感器网络的关键技术
• 1.4 论文的主要内容和组织结构
• 第二章 IEEE 802.15.4/ZIGBEE技术
• 2.1 ZIGBEE技术概述
• 2.2 ZIGBEE技术特点
• 2.3 几种常用近距离无线通信技术的比较
• 2.4 ZIGBEE网络结构
• 2.4.1 ZIGBEE网络设备组成
• 2.4.2 ZIGBEE网络拓扑结构
• 2.4.3 ZIGBEE路由协议
• 2.5 ZIGBEE协议栈结构
• 2.5.1 ZIGBEE协议栈概述
• 2.5.2 物理层
• 2.5.3 MAC层
• 2.5.4 网络层
• 2.5.5 应用层
• 2.6 ZIGBEE网络安全
• 2.7 本章小结
• 第三章 无线传感器网络总体设计
• 3.1 网络功能需求分析
• 3.2 网络设计原则
• 3.3 网络总体框架模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 无线传感器网络硬件设计
• 4.1 ZIGBEE芯片选型
• 4.1.1 ZIGBEE芯片选型
• 4.1.2 CC2430芯片介绍
• 4.2 传感器节点硬件设计
• 4.2.1 CC2430芯片模块
• 4.2.2 传感器接口电路模块
• 4.2.3 电源模块
• 4.2.4 编程调试接口模块
• 4.3 协调器节点硬件设计
• 4.4 硬件电路的抗干扰措施
• 4.5 本章小结
• 第五章 无线传感器网络软件设计
• 5.1 软件的开发环境
• 5.2 Z-STACK协议栈
• 5.3 ZIGBEE寻址
• 5.4 协调器节点软件设计
• 5.5 传感器节点软件设计
• 5.6 通信数据包的设计
• 5.7 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录