本文關鍵詞：基于ZigBee的群組定位與環(huán)境監(jiān)測設計

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【摘要】：無線傳感網(wǎng)絡技術在近幾年取得了較快的發(fā)展,ZigBee是一種重要的無線傳感技術,其具有低功耗、低速率、自組網(wǎng)、成本低等特點。ZigBee技術可以廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測、工農(nóng)業(yè)自動化、樓宇自動化、物體定位、醫(yī)療護理、消費類電子等領域。無線定位與環(huán)境監(jiān)測是ZigBee技術的重要應用,目前很多研究機構進行研究,并取得了一定的成果。本文針對該應用背景進行研究,對基于ZigBee的群組進行定位和環(huán)境變量監(jiān)測的研究。本文制定以下方案：建立基于ZigBee的無線傳感網(wǎng)絡,利用信號衰減特性,獲知群組中各節(jié)點之間的距離,LabVIEW上位機軟件編寫定位算法得到各節(jié)點的位置信息并顯示和控制,同時也采集了環(huán)境參數(shù)。該系統(tǒng)完成了基于ZigBee的群組定位與環(huán)境監(jiān)測的軟硬件設計。硬件方面設計了ZigBee模塊,包括電源部分、天線仿真、串口通信模塊、傳感器模塊。軟件方面完成了節(jié)點組網(wǎng)、RSSI(接收信號強度指示)匯總到電腦。LabVIEW上位機軟件將任意兩個節(jié)點之間的RSSI處理為距離信息,根據(jù)定位算法得到群組節(jié)點的相對位置信息。位置信息可以在坐標系中形象地顯示,上位機可以對節(jié)點進行控制。溫濕度、紅外、可燃性氣體等傳感器數(shù)據(jù)也可以在上位機上顯示與報警。最后搭建了基于ZigBee的群組定位與環(huán)境監(jiān)測的實驗系統(tǒng),驗證了網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院头�(wěn)定性,探究了信號衰減特性,驗證了定位算法的有效性,驗證了傳感器參數(shù)的準確和實時性。研究結果表明,該設計性能達到了預期,對進一步研究基于ZigBee的群組定位與環(huán)境監(jiān)測具有一定的參考意義。
【關鍵詞】：ZigBee 接收信號強度指示 動態(tài)參考點 定位
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN92;TP212.9;TP274
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 緒論8-12
• 1.1 群組定位與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究背景與意義8-9
• 1.2 本課題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀9-10
• 1.3 論文主要內(nèi)容與結構安排10-11
• 1.3.1 論文的主要研究內(nèi)容10-11
• 1.3.2 論文結構11
• 1.4 本章小結11-12
• 2 基于ZigBee的群組定位與環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)總體設計方案12-15
• 2.1 基于ZigBee的定位系統(tǒng)的原理12
• 2.2 無線定位系統(tǒng)的性能要求12
• 2.3 總體設計方案結構12-14
• 2.4 本章小結14-15
• 3 基于ZigBee的群組定位與環(huán)境監(jiān)測方法15-28
• 3.1 基于ZigBee的無線傳感網(wǎng)絡的構建15-19
• 3.1.1 ZigBee技術介紹15
• 3.1.2 ZigBee協(xié)議框架15-19
• 3.1.3 ZigBee硬件方案選取19
• 3.2 定位算法研究19-20
• 3.2.1 定位算法分類19
• 3.2.2 測距技術分析19-20
• 3.3 信號衰減特性研究20-22
• 3.3.1 自由空間無線電模型20
• 3.3.2 雙線地面模型20-21
• 3.3.3 對數(shù)距離模型21-22
• 3.4 計算節(jié)點位置的基本方法22-25
• 3.4.1 三邊測量法22-23
• 3.4.2 三角測量法23
• 3.4.3 極大似然估計法23-24
• 3.4.4 空間定位算法24-25
• 3.5 群組周邊環(huán)境變量采集研究25
• 3.5.1 紅外監(jiān)測25
• 3.5.2 溫濕度監(jiān)測25
• 3.5.3 可燃性氣體監(jiān)測25
• 3.6 ZigBee無線傳感網(wǎng)絡的可靠性和安全性研究25-26
• 3.7 本章小結26-28
• 4 系統(tǒng)硬件平臺設計28-38
• 4.1 ZigBee最小系統(tǒng)28-30
• 4.1.1 電源系統(tǒng)設計28-29
• 4.1.2 時鐘電路29-30
• 4.1.3 ZigBee芯片選型30
• 4.1.4 復位電路30
• 4.2 串口電路設計30-31
• 4.3 仿真接口31-32
• 4.4 天線設計32
• 4.5 傳感器模塊設計32-37
• 4.5.1 紅外傳感器節(jié)點設計32-33
• 4.5.2 溫濕度傳感器33-35
• 4.5.3 可燃氣體傳感器35-37
• 4.6 GSM報警模塊設計37
• 4.7 本章小結37-38
• 5 系統(tǒng)軟件平臺設計38-59
• 5.1 ZigBee無線網(wǎng)絡的軟件設計38-44
• 5.1.1 ZigBee軟件集成開發(fā)環(huán)境介紹38-39
• 5.1.2 協(xié)議棧的移植39-40
• 5.1.3 OSAL操作系統(tǒng)40-41
• 5.1.4 ZigBee無線網(wǎng)絡組網(wǎng)流程41-44
• 5.1.5 ZigBee網(wǎng)絡地址分配機制44
• 5.2 ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器軟件設計44-47
• 5.2.1 協(xié)調(diào)器周期性發(fā)送數(shù)據(jù)45-46
• 5.2.2 協(xié)調(diào)器收集RSSI數(shù)據(jù)46
• 5.2.3 協(xié)調(diào)器發(fā)送RSSI數(shù)據(jù)到上位機46-47
• 5.3 ZigBee網(wǎng)絡路由器軟件設計47-48
• 5.3.1 路由器接收RSSI并存儲47
• 5.3.2 路由器傳送RSS到協(xié)調(diào)器47-48
• 5.4 基于LabVIEW的上位機軟件設計48-58
• 5.4.1 登陸系統(tǒng)設計49-51
• 5.4.2 群組定位系統(tǒng)設計51-55
• 5.4.3 環(huán)境監(jiān)測設計55-57
• 5.4.4 WEB遠程監(jiān)控57-58
• 5.5 本章小結58-59
• 6 系統(tǒng)實驗與分析59-69
• 6.1 登錄系統(tǒng)測試59
• 6.2 基于ZigBee的群組定位系統(tǒng)測試59-63
• 6.2.1 信號衰減規(guī)律實驗和探究59-62
• 6.2.2 組網(wǎng)驗證與多節(jié)點RSSI數(shù)據(jù)采集測試62-63
• 6.2.3 空間定位算法驗證63
• 6.3 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)測試63-66
• 6.4 GSM報警模塊測試66
• 6.5 系統(tǒng)總體性能測試66-67
• 6.6 本章小結67-69
• 7 總結與展望69-70
• 致謝70-71
• 參考文獻71-75
• 附錄75-78

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本文編號：987026