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精确同步的ZigBee无线传感器网络系统设计

2020-12-15阅读(822)

精确同步的ZigBee无线传感器网络系统设计

论文摘要

高速列车的测试环境不同于其他普通测试环境,高速列车全封闭式的设计使得很多时候只能使用无线传感器网络进行测试。同时,列车高速行驶、隧道运行、列车顶部高压受电等对GPS信号的影响使得传感器网络之间的同步变得尤为不便。针对高速列车传感器网络监测应用背景,介绍了一种采用zigbee无线传感器监测网络的数据采集系统设计方案。该系统开发基于了超低功耗无线通信模块JN5139,单片机使用了C8051F023。同时考虑到高速铁路大系统测试环境下精密时钟信号对于各传感器网络之间同步的重要性,以及对后期数据处理、数据融合所起到的积极作用。设计出了基于FE-5680A铷原子振荡器、DDS（直接数字频率合成）芯片AD9851和Atmega8单片机控制的频率可调精密时钟源设计方案。详细阐述了该时钟源的基本工作原理,给出了时钟源系统的软硬件实现方法。实验调试结果表明,各项指标均达到预期要求。本论文设计出精密走时的铷原子钟应用于ZigBee无线传感器采集系统。所完成的主要工作如下：1、无线传感器采集系统常用同步方案比较和软同步算法分析。2、设计出基于FE-5680A铷原子振荡器和DDS（直接数字频率合成）芯片AD9851的频率可调精密时钟源方案。3、编写原子钟改频上位机程序,设计出直观、易用的改频软件。4、设计出基于ZigBee的无线传感器采集系统。5、统程序设计和调试。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 论文研究的背景和意义
  • 1.2 无线传感器网络的应用和同步技术的发展现状
  • 1.3 本论文的研究内容
  • 第2章 系统组成及同步原理概述
  • 2.1 系统组成
  • 2.2 硬件同步原理介绍
  • 2.2.1 计算机时间同步
  • 2.2.2 GPS秒脉冲同步
  • 2.2.3 原子振荡器原理介绍
  • 2.2.4 本地铷原子精密时钟源同步
  • 2.3 无线传感器网络同步类别分析
  • 2.3.1 点对点结构与主从结构
  • 2.3.2 时钟修正与时标转换
  • 2.3.3 确定性同步、概率同步与统计同步
  • 2.3.4 接收节点间与收/发端同步
  • 2.4 无线传感器网络时间同步协议比较
  • 2.4.1 RBS协议
  • 2.4.2 ADP协议
  • 2.4.3 TDP协议
  • 2.4.4 TPSN协议
  • 2.5 本章小结
  • 第3章 ZIGBEE采集系统软硬件设计
  • 3.1 加速度传感器选型
  • 3.2 zigbee无线传感器网络系统组成
  • 3.3 采集系统硬件设计
  • 3.3.2 传感器滤波和采集板供电电路
  • 3.3.3 采集板主控模块
  • 3.3.4 JTAG接口电路
  • 3.3.5 TLC2543硬件设计
  • 3.3.6 参数存储电路
  • 3.3.7 实时时钟电路
  • 3.3.8 原始数据存储电路
  • 3.3.9 zigbee无线通讯模块硬件设计
  • 3.3.10 USB接口电路
  • 3.4 系统软件编程
  • 3.4.1 Silicon集成开发环境
  • 3.4.2 开启无线采集存储程序流程图
  • 3.4.3 TLC2543采集编程
  • 3.4.4 NAND数据存储编程
  • 3.4.5 JN5139无线通讯程序设计
  • 3.4.6 USB接口编程
  • 3.5 本章小结
  • 第4章 铷原子时钟参考源软硬件设计
  • 4.1 铷原子精密时钟源组成
  • 4.2 硬件介绍与设计
  • 4.2.1 时钟源主控制器
  • 4.2.2 DDS芯片AD9851
  • 4.2.3 FE-5680A铷原子振荡器
  • 4.3 DDS软件设计
  • 4.4 授时和时间同步实现
  • 4.4.1 时钟源本地守时
  • 4.4.2 协调器守时Zigbee网络同步
  • 4.4.3 Zigbee网络同步
  • 4.5 电路板的布线和电源设计
  • 第5章 上位机软件介绍与系统调试
  • 5.1 无线网络采集控制主界面
  • 5.1.1 主界面介绍
  • 5.1.2 上位机与协调器无线控制命令介绍
  • 5.2 传感器标定调试界面
  • 5.3 解包程序界面
  • 5.4 时钟源改频软件
  • 5.5 上位机时钟同步界面
  • 5.6 系统安装调试
  • 总结
  • 致谢
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的学术论文

    • 相关论文文献

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