【摘要】：物聯(lián)網應用涉及國民經濟和人類社會生活的方方面面,其應用領域主要包括交通管理、智能工農業(yè)、數(shù)字家庭、現(xiàn)代物流管理和醫(yī)療健康等。ZigBee技術是物聯(lián)網重要的組成部分,由于具有低成本、低功耗、網絡自組織、網絡容量大等優(yōu)點,其應用前景廣闊,已成為當今世界的一個研究和應用熱點。網關作為不同網絡間的協(xié)議轉換裝置,在網絡互聯(lián)互通中發(fā)揮著重要的樞紐作用。通過網關設備實現(xiàn)ZigBee無線網絡與異構網絡的連通,從而實現(xiàn)ZigBee網絡數(shù)據(jù)共享、ZigBee網絡設備和網絡狀態(tài)的控制與管理。本文針對醫(yī)療護理應用領域設計了一種將ZigBee網絡連入以太網的網關方案,并利用ZigBee模塊和9軸姿態(tài)模塊MPU9250設計了一個IP-ZigBee網關系統(tǒng),實現(xiàn)了運動傳感數(shù)據(jù)采集、雙向數(shù)據(jù)傳輸、ZigBee網絡控制和管理和協(xié)議轉換等功能。另外,利用該網關設計了一款可穿戴式關節(jié)活動度測量裝置,實現(xiàn)了關節(jié)活動度的精確測量,為關節(jié)損傷病人的康復治療提供參考。本文主要研究內容如下所示:1、對當前幾種熱門的無線通信技術進行了研究,通過對比分析,發(fā)現(xiàn)ZigBee技術在功耗、成本、自組網、網絡容量等方面具有更大優(yōu)勢,更加符合課題應用需求,故采用ZigBee技術進行無線組網和采集運動傳感數(shù)據(jù)。2、通過對比現(xiàn)有的幾種將ZigBee網絡連入異構網絡的網關方案和對網關的功能需求分析,進而提出本文的以太網型網關方案。硬件上采用ZigBee射頻模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與傳輸,ARM處理器作為硬件平臺的核心,結合控制以太網芯片DM9000完成了ZigBee傳感模塊部分和以太網驅動部分的硬件搭建和設計。在硬件設計基礎上完成了各相關模塊的軟件設計。3、通過本文提出的網關設計方案,結合課題技術要求,實現(xiàn)了硬件平臺的選擇、相關硬件電路設計以及整個IP-ZigBee網關系統(tǒng)的軟件開發(fā)。針對實際應用設計了一套網關應用層通信協(xié)議,經測試驗證該協(xié)議運行穩(wěn)定可靠。對傳感器接入ZigBee網絡的通信速率進行研究,通過改進Z-Stack的MAC層的接收緩存部分,最大網絡吞吐量提升至26.47Kbps。4、基于9軸姿態(tài)模塊MPU9250設計了一款可穿戴式關節(jié)活動度測量裝置,完成軟硬件的開發(fā),并通過VS2010/MFC設計了一款集成各功能模塊的姿態(tài)監(jiān)測上位機軟件。本文引入卡爾曼濾波算法對運動傳感器的數(shù)據(jù)進行融合處理,通過簡化濾波模型,直接計算狀態(tài)估計誤差的協(xié)方差矩陣中的非零項,減小了計算量,在保證估計精度的同時,提高了算法的實時性。最終俯仰角精度在1.22°以內,滾轉角的精度在1.27°以內,偏航角精度在2.61°以內。
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP391.44;TN92;TH77

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本文編號：2648803