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基于ZigBee的无线传感器网络节点的研究与设计

作　者: 杨烨
导　师: 董惠
学　校: 西安建筑科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: ZigBee 传感器节点 CC2430 智能家居
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


无线传感器网络(Wireless Sensor Network,WSN)是由部署在监测区域内大量传感器节点通过无线通信的方式形成的一个多跳自组织网络系统,可以进行数据的采集、处理及传输,为用户提供有用的信息。随着无线传感器网络的不断发展,其基本组成单元——传感器节点成为了研究热点。本文首先介绍无线传感器网络的体系结构、特点及研究现状,充分考虑到传感器节点体积小、能耗低、存储和通信能力有限等特点,从ZigBee协议栈的结构特点出发,设计了一种基于ZigBee的无线传感器网络节点。在传感器节点硬件的设计上,选择了支持低功耗工作模式的ZigBee无线通信芯片CC2430作为核心元件,该芯片内部集成了8051微控制器内核;使用温湿度传感器SHT11进行温湿度数据采集;采用2节5号高能电池供电。在传感器节点软件的设计上,使用C语言编写节点收发数据包的程序,实现节点之间可靠的数据通信。最后结合智能家居的特点,搭建了一个ZigBee无线传感器网络平台,将所设计的基于ZigBee的无线传感器网络节点应用于其中,并对系统进行测试以及低功耗分析。实验结果表明,设计的传感器节点能耗低,所构成的网络系统稳定可靠,也完全能够满足智能家居的使用需要。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-7
1 绪论  7-13
  1.1 课题的研究背景  7
  1.2 无线传感器网络简介  7-11
    1.2.1 无线传感器网络的体系结构  8
    1.2.2 无线传感器网络的特点  8-9
    1.2.3 国内外研究现状  9-11
  1.3 论文的组织结构  11-13
2 ZigBee技术  13-21
  2.1 ZigBee技术概况  13
  2.2 ZigBee协议栈结构  13-15
  2.3 ZigBee技术的特点  15-16
  2.4 ZigBee技术的应用前景  16-17
  2.5 ZigBee无线通信芯片CC2430  17-20
    2.5.1 CC2430芯片的性能特点  17-18
    2.5.2 CC2430芯片的内部结构  18-19
    2.5.3 CC2430芯片无线收发  19-20
  2.6 本章小结  20-21
3 基于ZigBee的无线传感器网络节点的硬件设计  21-31
  3.1 系统总体架构  21-22
  3.2 无线传感器网络节点的体系结构  22-23
  3.3 温湿度传感器模块的设计  23-25
  3.4 处理器模块和无线收发模块的设计  25-27
  3.5 能量供应模块的设计  27-28
  3.6 无线传感器网络节点的改进电路  28-29
  3.7 本章小结  29-31
4 无线传感器网络节点的软件设计  31-51
  4.1 系统软件设计的整体构思  31-32
  4.2 温湿度数据采集测量模块设计  32-41
    4.2.1 SHT11读写时序  32-34
    4.2.2 SHT11软件设计  34-41
  4.3 ZigBee模块数据通信过程设计  41-49
    4.3.1 发送数据包子程序  42-46
    4.3.2 接收数据包子程序  46-49
  4.4 本章小结  49-51
5 应用实例─基于无线传感器网络的智能家居的设计  51-63
  5.1 系统的结构与组成  51-52
  5.2 网络规划和系统功能架构  52-54
    5.2.1 网络拓扑结构  52
    5.2.2 对系统的操作流程  52-53
    5.2.3 家中异常情况反映流程  53-54
  5.3 系统测试  54-58
    5.3.1 性能测试  54-55
    5.3.2 功能测试  55-58
  5.4 系统的低功耗分析  58-62
    5.4.1 Superframe架构  58-60
    5.4.2 全功能节点功耗分析  60-61
    5.4.3 精简功能节点功耗分析  61-62
  5.5 本章小结  62-63
6 总结与展望  63-65
  6.1 论文完成的主要工作  63
  6.2 对未来工作的展望  63-65
致谢  65-67
参考文献  67-71
攻读硕士研究生期间的研究成果  71-73
附录 1 无线传感器网络节点硬件电路图  73-75
附录 2 无线传感器网络节点的改进电路图  75

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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