基于ZigBee的无线传感器网络监控终端的设计

论文摘要

无线传感器网络是由部署在被监控区域内的大量携带传感器的设备节点通过无线通信的方式组成的一个多跳自组织的网络系统,能够协作地感知、采集和处理覆盖区域内监测对象的信息,能够广泛应用于军事国防、工农业控制、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、远程控制等领域。本文首先介绍了无线传感器网络的研究意义和发展现状、概念、特点以及体系结构,研究了IEEE 802.15.4协议网络拓扑结构、帧结构、数据传输方式以及物理层、MAC层、网络层和应用层的协议规范。接着对大型复杂建筑物监控系统的需求进行深入分析,给出了无线传感器网络系统的总体设计思想和系统的硬件设计过程,提出了节点的低功耗设计和电磁兼容抗干扰性设计。然后分析了Z-Stack协议栈的工作原理,包括协调器建立网络、路由终端设备加入网络的原理和过程。针对本文开发的硬件平台对ZigBee软件集成开发平台进行了简要介绍,并在此基础上给出了温湿度、光亮度传感器模块、灯控模块等的驱动程序设计。最后对所设计的系统进行了测试,包括发射功率测试、低功耗测试和通信组网测试,对测试结果进行了分析,从测试结果可知所设计的系统基本达到预期的效果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 无线传感器网络的研究意义和现状
• 1.2 无线传感器网络概述
• 1.2.1 传感器网络结构
• 1.2.2 传感器节点结构
• 1.2.3 传感器网络协议栈
• 1.3 无线传感器网络的特点
• 1.4 论文的主要内容及组织结构
• 第二章 IEEE 802.15.4/ZigBee无线传感器网络标准
• 2.1 IEEE 802.15.4/ZigBee技术概述
• 2.2 IEEE 802.15.4标准
• 2.2.1 IEEE 802.15.4主要特点
• 2.2.2 物理层（PHY）规范
• 2.2.3 媒体介质访问层（MAC）规范
• 2.2.4 网络层（NWK）规范
• 2.2.5 应用层（APL）规范
• 2.3 本章小结
• 第三章 ZigBee无线传感器网络系统的硬件设计
• 3.1 无线传感器网络系统总体结构
• 3.2 硬件设计方案
• 3.2.1 硬件设计流程
• 3.2.2 器件选择
• 3.3 无线传感器网络系统硬件设计
• 3.3.1 CC2430芯片介绍
• 3.3.2 无线传感器网络节点硬件设计
• 3.3.3 扩展底板的硬件设计
• 3.4 传感器模块硬件设计
• 3.4.1 温湿度传感器SHT10
• 3.4.2 光亮度传感器
• 3.5 灯控模块电路
• 3.6 低功耗设计与实现
• 3.6.1 微处理器电源管理模式
• 3.6.2 电池使用时间的计算
• 3.7 PCB板的电磁兼容（EMC）设计
• 3.7.1 射频电路设计存在的问题
• 3.7.2 电路板抗干扰设计方法
• 3.8 硬件测试
• 3.9 本章小结
• 第四章 无线传感器网络节点软件设计
• 4.1 Z-Stack软件架构
• 4.1.1 系统初始化
• 4.1.2 操作系统的执行
• 4.2 ZigBee2006协议栈简介
• 4.3 网络建立流程
• 4.3.1 协调器建立新网络
• 4.3.2 加入网络
• 4.3.3 加入网络的方式
• 4.4 无线传感器网络节点软件设计
• 4.4.1 温湿度传感器软件设计
• 4.4.2 光亮度传感器软件设计
• 4.5 灯控系统软件设计
• 4.5.1 无线灯控方式
• 4.5.2 开关灯控方式
• 4.6 本章小结
• 第五章 联合调试和组网测试
• 5.1 硬件成果
• 5.1.1 底板和协调器节点实物
• 5.1.2 路由节点实物图
• 5.1.3 终端节点实物图
• 5.1.4 灯控系统实物图
• 5.2 ZigBee软件集成开发平台
• 5.2.1 IAR集成开发环境
• 5.2.2 C51RF-CC2430-ZDK仿真器
• 5.2.3 FLASH烧写工具
• 5.3 联合测试
• 5.3.1 发射功率测试
• 5.3.2 低功耗测试
• 5.3.3 通信组网测试
• 5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读学位期间发表的学术成果