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近距离低功耗无线振动传感器网络设计与实现

作　者: 唐贵
导　师: 郭涛
学　校: 中北大学
专　业: 精密仪器及机械
关键词: 无线传感器网络振动传感器 VS9100.D CC1110 SimpliciTI
分类号: TN915.02
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 75次
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内容摘要

随着近距离无线通信技术的成熟，无线传感器网络技术得到了快速发展，可广泛应用于国防军事、交通管理、环境监测、医疗卫生等领域，具有十分广泛的应用前景。在航天领域振动信号监测一直是工程测试中必不可少的一部分，针对传统有线测试方法在振动信号探测方面的不足，本文设计了一种近距离低功耗无线振动传感器网络。论文首先深入研究了无线传感器网络技术的基础理论，叙述了无线振动传感器网络设计方法、思路及原则，提出了系统设计的方案和各项指标。在此基础上，围绕振动传感器VS9100.D和无线传输芯片CC1110设计了振动传感器节点和基站的硬件电路，并在设计的过程中采取了必要的措施来提高振动传感器的精度以及系统的抗干扰能力。其次对系统所涉及到的无线通信技术进行了分析和讨论，并对所用到的天线进行了设计。根据系统设计的要求和特点选择了低功耗RF网络协议-SimpliciTI，在SimpliciTI协议和硬件组装的支持下成功实现了对振动传感器节点和基站的通信控制，并基于LabWindows/CVI设计了数据中心控制软件。最后对无线振动传感器网络的性能进行了测试和评估。测试结果表明，本文所设计的近距离低功耗无线振动传感器网络具有通信距离较远、功耗低、精度高等特点，实现了对振动信号的分布式无线探测。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 选题的目的及意义  9
  1.2 振动信号测量现状  9-10
  1.3 无线传感器网络概述  10-14
    1.3.1 无线传感器网络特点  10-11
    1.3.2 无线传感器网络应用  11-13
    1.3.3 国内外发展现状  13-14
  1.4 论文的主要研究内容及章节安排  14-16
2 无线振动传感器网络设计方法及基础理论  16-26
  2.1 无线传感器网络体系架构  16-18
    2.1.1 无线传感器网络总体结构  16-17
    2.1.2 无线传感器网络节点硬件结构  17-18
  2.2 近距离无线通信技术  18-19
  2.3 无线传感器网络协议结构  19-24
    2.3.1 分层的网络通信协议  20-23
    2.3.2 网络管理技术  23-24
  2.4 无线振动传感器网络设计方法及思路  24
  2.5 本章小结  24-26
3 无线振动传感器网络系统设计  26-40
  3.1 系统结构设计  26-29
    3.1.1 系统架构  26
    3.1.2 系统设计指标  26-27
    3.1.3 系统设计的关键技术  27
    3.1.4 系统设计方法及原则  27-28
    3.1.5 振动传感器节点及基站模块系统设计  28-29
  3.2 高精度振动传感器设计  29-34
    3.2.1 振动传感器系统结构模型  29-30
    3.2.2 信号调理电路设计  30-33
    3.2.3 提高振动传感器精度的措施  33-34
  3.3 无线数字传输模块设计  34-36
    3.3.1 无线数字传输芯片：CC111026  34-35
    3.3.2 无线数字传输模块设计  35-36
  3.4 自供电及串口模块设计  36-38
    3.4.1 自供电模块设计  36-37
    3.4.2 串口模块设计  37-38
  3.5 PCB 板抗干扰及电磁兼容设计  38-39
  3.6 本章小结  39-40
4 无线振动传感器网络通信技术研究  40-50
  4.1 无线通信方式选择  40
  4.2 微波的视距传播特性分析与计算  40-42
    4.2.1 微波的通信特性  40-41
    4.2.2 微波的视距传播距离与天线高度  41-42
  4.3 微波传播的可靠性和通信距离分析  42-46
    4.3.1 自由空间无线电信号传播特性分析  42-43
    4.3.2 空间里影响无线通信可靠性和距离的因素  43-45
    4.3.3 无线通信距离估算  45-46
    4.3.4 提高无线通信距离的措施  46
  4.4 天线设计  46-49
    4.4.1 天线设计的基础理论  46-47
    4.4.2 螺旋天线的设计  47-49
  4.5 本章小结  49-50
5 无线振动传感器网络组装及控制研究  50-60
  5.1 无线振动传感器网络整体组装  50-52
  5.2 低功耗 RF 网络协议—SimpliciTI  52-54
    5.2.1 SimpliciTI 特点及其应用  52-53
    5.2.2 SimpliciTI 架构  53-54
  5.3 无线振动传感器网络控制研究  54-59
    5.3.1 时分多址在振动传感器节点入网控制中的运用  54-55
    5.3.2 振动传感器节点和基站的通信控制程序设计  55-56
    5.3.3 基于 LabWindows/CVI 的数据中心控制软件设计  56-59
  5.4 本章小结  59-60
6 无线振动传感器网络性能测试  60-71
  6.1 振动传感器性能测试  60-64
    6.1.1 传感器灵敏度及线性度测试  60-63
    6.1.2 传感器频率响应测试  63-64
  6.2 振动传感器节点功耗及通信距离测试  64-66
  6.3 无线振动传感器网络组网测试  66-70
  6.4 本章小结  70-71
总结与展望  71-72
附录  72-73
参考文献  73-76
攻读硕士学位期间发表的论文及取得的成果  76-77
致谢  77

近距离低功耗无线振动传感器网络设计与实现

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