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  本文關(guān)鍵詞：基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧設(shè)計與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《電子科技大學(xué)》 2011年

基于環(huán)境監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理器的硬件設(shè)計與實現(xiàn)

呂陽  

【摘要】：隨著計算機技術(shù)、通信技術(shù)、嵌入式技術(shù)、傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展,應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測,公共安全,醫(yī)療及軍事領(lǐng)域的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)已經(jīng)成為21世紀的一個新的研究熱點。本文提出了一種基于Zigbee協(xié)議,應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu),包括若干采集節(jié)點,一個節(jié)點管理器以及遠程數(shù)據(jù)終端。傳感器采集節(jié)點將傳感器模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和無線通信模塊集成在一塊很小的物理單元上,并將其大量部署在野外監(jiān)測區(qū)域,采集多種環(huán)境參數(shù),包括環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、雨量等信息,最終將采集數(shù)據(jù)路由至節(jié)點管理器。節(jié)點管理器負責(zé)建立Zigbee網(wǎng)絡(luò),管理采集節(jié)點,存儲及轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)并向采集節(jié)點下達數(shù)據(jù)終端的命令。客戶數(shù)據(jù)終端為一臺具有固定IP地址的PC機,其安裝有系統(tǒng)運行軟件、數(shù)據(jù)庫。用戶可通過數(shù)據(jù)終端對所有節(jié)點進行管理和配置,查詢采集信息及網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu),下發(fā)任務(wù)。 本文著重研究了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理器的硬件設(shè)計,其包括電源模塊,處理器模塊,無線通信模塊以及存儲與顯示模塊。電源模塊基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)低功耗的要求對系統(tǒng)的能量進行管理與分配,設(shè)計太陽能充電電路保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行。節(jié)點管理器以ARM-LPC2148芯片為核心處理器,實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與命令解析、各模塊控制等功能。通信模塊實現(xiàn)Zigbee技術(shù),GSM技術(shù)及以太網(wǎng)技術(shù),CC2531子模塊負責(zé)與底層采集節(jié)點通信,同時GSM模塊與以太網(wǎng)模塊可以短信、GPRS及Internet等方式與遠程數(shù)據(jù)終端進行通信。最后,實時的監(jiān)測實驗證明本系統(tǒng)穩(wěn)定有效。本文提出的傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)與設(shè)計方案為今后的進一步研究與應(yīng)用提供了一定的實用參考價值。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TP212.9;TN929.5
【目錄】：

摘要4-5

ABSTRACT5-10

第一章 引言10-17

1.1 課題背景及意義10-11

1.2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點11-12

1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用及發(fā)展概況12-15

1.3.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用12-13

1.3.2 Zigbee 技術(shù)13-15

1.4 課題研究的主要內(nèi)容15

1.5 本人工作及論文組織結(jié)構(gòu)15-17

第二章 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點管理器的總體設(shè)計17-28

2.1 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的總體設(shè)計原則及設(shè)計方案17-20

2.1.1 總體設(shè)計原則17-18

2.1.2 系統(tǒng)工作原理及結(jié)構(gòu)18-20

2.2 節(jié)點管理器的總體設(shè)計20-26

2.2.1 節(jié)點管理器設(shè)計的必要性20-21

2.2.2 節(jié)點管理器的功能21-22

2.2.3 節(jié)點管理器的總體結(jié)構(gòu)及功能指標22-23

2.2.4 傳感器網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧系統(tǒng)實現(xiàn)23-25

2.2.5 傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)及建立過程25-26

2.3 本章小結(jié)26-28

第三章 節(jié)點管理器的硬件設(shè)計與實現(xiàn)28-60

3.1 節(jié)點管理器各功能設(shè)計論證及主要器件選型28-37

3.1.1 處理器模塊設(shè)計及選型28-29

3.1.2 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)建立及相關(guān)器件選型29-30

3.1.3 遠程無線通信設(shè)計及相關(guān)器件選型30-31

3.1.4 遠程有線通信設(shè)計及相關(guān)器件選型31-32

3.1.5 現(xiàn)場配置與檢測設(shè)計32

3.1.6 數(shù)據(jù)存儲設(shè)計及相關(guān)器件選型32

3.1.7 能量供應(yīng)與管理32-37

3.2 節(jié)點管理器硬件總體實現(xiàn)37-39

3.3 電源模塊電路實現(xiàn)39-46

3.3.1 太陽能充電電路39-40

3.3.2 雙電源切換電路40-41

3.3.3 開關(guān)電源41-45

3.3.4 其他電源網(wǎng)絡(luò)45-46

3.4 處理器模塊電路實現(xiàn)46-52

3.4.1 電源與復(fù)位電路46-48

3.4.2 系統(tǒng)時鐘電路48-49

3.4.3 JTAG 仿真接口49-50

3.4.4 USB 總線接口50-51

3.4.5 I/O 引腳配置及擴展接口51-52

3.5 通信模塊電路實現(xiàn)52-57

3.5.1 CC2531 子模塊電路實現(xiàn)52-53

3.5.2 GSM 模塊電路實現(xiàn)53-55

3.5.3 以太網(wǎng)模塊電路實現(xiàn)55-57

3.6 存儲與顯示模塊電路實現(xiàn)57-58

3.7 電源及地網(wǎng)絡(luò)劃分58-59

3.8 本章小結(jié)59-60

第四章 節(jié)點管理器功能調(diào)試及分析60-72

4.1 電源網(wǎng)絡(luò)調(diào)試60-62

4.2 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境搭建62-63

4.3 LPC2148 系統(tǒng)實現(xiàn)及操作系統(tǒng)移植63-66

4.3.1 復(fù)位電路及JTAG 調(diào)試63

4.3.2 LPC2148 系統(tǒng)配置63-64

4.3.3 嵌入式操作系統(tǒng)移植64-66

4.4 GSM 模塊功能調(diào)試66-69

4.4.1 SIM300C 模塊啟動與入網(wǎng)66-67

4.4.2 UART1 接口通信及AT 指令實現(xiàn)67-69

4.5 SD 存儲卡初始化及文件系統(tǒng)實現(xiàn)69-71

4.6 本章小結(jié)71-72

第五章 系統(tǒng)參數(shù)測試及實驗72-79

5.1 節(jié)點管理實際功耗測試72-73

5.2 CC2531 模塊通信距離測試73

5.3 系統(tǒng)實驗73-78

5.3.1 傳感器采集節(jié)點73-75

5.3.2 實驗平臺搭建75

5.3.3 系統(tǒng)工作流程75-76

5.3.4 實驗結(jié)果76-78

5.4 本章小結(jié)78-79

第六章 總結(jié)與展望79-82

6.1 本人工作總結(jié)79-80

6.2 工作展望80-82

致謝82-83

參考文獻83-85

攻碩期間取得的研究成果85-86

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【引證文獻】

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7 肖德琴;馮健昭;周權(quán);楊波;;基于高斯分布的傳感器網(wǎng)絡(luò)信譽模型[J];通信學(xué)報;2008年03期

8 張玲玉;張玉峰;李鳳霞;李麗敏;;用于智能交通系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[J];硅谷;2009年15期

9 胡博;沈軍;;空降作戰(zhàn)中傳感器網(wǎng)絡(luò)需求分析[J];國防科技;2009年04期

10 劉瑞玲;李祥林;;無線傳感網(wǎng)絡(luò)研究與應(yīng)用綜述[J];電腦知識與技術(shù);2010年12期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 謝志軍;陳紅;;傳感器網(wǎng)絡(luò)中能量高效的聚集算法研究[A];第二十四屆中國數(shù)據(jù)庫學(xué)術(shù)會議論文集（研究報告篇）[C];2007年

2 解婷婷;樊小泊;陳紅;;傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于動態(tài)線路的連續(xù)查詢處理[A];第二十三屆中國數(shù)據(jù)庫學(xué)術(shù)會議論文集（技術(shù)報告篇）[C];2006年

3 程時端;;傳感器網(wǎng)絡(luò)[A];中國通信學(xué)會信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)委員會2004年年會論文集[C];2004年

4 謝志軍;陳紅;;傳感器網(wǎng)絡(luò)中能量高效的區(qū)域連接算法研究[A];第二十四屆中國數(shù)據(jù)庫學(xué)術(shù)會議論文集（研究報告篇）[C];2007年

5 姚劍波;;無線Mesh傳感器網(wǎng)絡(luò)中的位置隱私[A];全國第20屆計算機技術(shù)與應(yīng)用學(xué)術(shù)會議（CACIS·2009）暨全國第1屆安全關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用學(xué)術(shù)會議論文集（上冊）[C];2009年

6 紀守領(lǐng);李金寶;;基于公共子樹緩存的傳感器網(wǎng)絡(luò)查詢技術(shù)研究[A];第26屆中國數(shù)據(jù)庫學(xué)術(shù)會議論文集（B輯）[C];2009年

7 曾加;慕春棣;胡建斌;;基于博弈論的傳感器網(wǎng)絡(luò)能量平衡路由[A];第二十六屆中國控制會議論文集[C];2007年

8 石為人;張陽;鄧鵬程;;傳感器網(wǎng)絡(luò)局部時間同步協(xié)議研究[A];第二十六屆中國控制會議論文集[C];2007年

9 張和生;潘成;楊軍;賈利民;董宏輝;梁玉慶;梁乙朝;;一種面向交通狀態(tài)獲取傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計與實現(xiàn)[A];第二十九屆中國控制會議論文集[C];2010年

10 房棟;李宇;尹力;黃海寧;;水聲傳感器網(wǎng)絡(luò)MAC協(xié)議研究與實現(xiàn)[A];2009年全國水聲學(xué)學(xué)術(shù)交流暨水聲學(xué)分會換屆改選會議論文集[C];2009年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊志杰;[N];中國建設(shè)報;2010年

2 布軒;[N];中國電子報;2009年

3 許泳;[N];計算機世界;2007年

4 記者 過國忠　通訊員 王楠;[N];科技日報;2010年

5 ;[N];網(wǎng)絡(luò)世界;2006年

6 記者 過國忠;[N];科技日報;2011年

7 本報記者 吳磊;[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2009年

8 工業(yè)和信息化部 通信科技委委員 侯自強;[N];計算機世界;2009年

9 本報記者 韓義雷　過國忠;[N];科技日報;2009年

10 通訊員　 張?zhí)m 記者　 趙鳳華;[N];科技日報;2005年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 羅漢江;海洋監(jiān)測傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];中國海洋大學(xué);2010年

2 王越超;中高速傳感器網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量保障關(guān)鍵技術(shù)研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2012年

3 張可;無線移動自組織及傳感器網(wǎng)絡(luò)中若干問題的研究[D];電子科技大學(xué);2010年

4 吳曉培;傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署以及節(jié)能研究[D];電子科技大學(xué);2012年

5 易葉青;傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于數(shù)字水印的安全數(shù)據(jù)收集機制[D];湖南大學(xué);2011年

6 張曉麗;光纖結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測系統(tǒng)及其傳感器網(wǎng)絡(luò)可靠性研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

7 郜帥;移動傳感器網(wǎng)絡(luò)高效數(shù)據(jù)收集機制研究[D];北京交通大學(xué);2010年

8 崔筱寧;基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的擴散型事件監(jiān)測技術(shù)研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2010年

9 解文斌;面向監(jiān)測應(yīng)用的傳感器網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

10 李明;異構(gòu)傳感器網(wǎng)絡(luò)覆蓋算法研究[D];重慶大學(xué);2011年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉斌;跨層優(yōu)化技術(shù)在傳感器網(wǎng)絡(luò)中的研究與應(yīng)用[D];太原理工大學(xué);2011年

2 李白莉;改進DV-Hop算法在隨機傳感器網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究[D];太原科技大學(xué);2011年

3 劉廣;基于NS2的無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)多路徑路由算法仿真與實現(xiàn)[D];陜西師范大學(xué);2010年

4 沈昊為;傳感器網(wǎng)絡(luò)中基于Voronoi網(wǎng)格的快速覆蓋判定算法研究[D];湖南大學(xué);2010年

5 彭蓓雷;基于低時延和區(qū)分服務(wù)的中高速傳感器網(wǎng)絡(luò)QoS保證MAC協(xié)議研究[D];廣東工業(yè)大學(xué);2011年

6 沈卓;基于虛擬MIMO的無線溫室測控系統(tǒng)傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究[D];江蘇大學(xué);2010年

7 王巖;基于流場守恒律模型的傳感器網(wǎng)絡(luò)路由技術(shù)研究[D];南京理工大學(xué);2010年

8 王肯生;電力載波傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法的研究[D];中國石油大學(xué);2010年

9 何鎏;基于嵌入式系統(tǒng)和現(xiàn)場總線的多參量傳感器網(wǎng)絡(luò)研究[D];上海交通大學(xué);2011年

10 張軍;非均勻無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)路由算法及其仿真與研究[D];陜西師范大學(xué);2010年

  本文關(guān)鍵詞：基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議棧設(shè)計與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：68863