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基于ZigBee网络的温度采集及控制系统研究

作　者: 李文学
导　师: 顾晓峰
学　校: 江南大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: ZigBee 无线传感网 协议栈优化 网络融合技术 GSM/GPRS
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 296次
引　用: 1次
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内容摘要


随着近年来无线通信、计算机及传感器技术的飞速发展和融合,无线传感网(Wireless Sensor Network, WSN)技术应运而生,并开始广泛应用于工农业生产和日常生活的众多领域。其中,ZigBee无线通信技术由于具有低功耗、低复杂度、低成本等优势,在无线传感网的大量实际应用中吸引了越来越多的注意。将ZigBee无线技术和温度测控技术相结合,并通过无线传感网和Internet网络的融合,可实现随时随地监测和控制温度的功能。本论文利用ZigBee无线技术组建无线传感网,并通过GSM/GPRS模块、以太网卡与Internet融合,设计并实现了一个实时无线温度采集与控制系统。温度测量终端将采集到的温度等数据信息通过ZigBee网络上报到ZigBee网关,网关通过串口RS232与GSM/GPRS模块或以太网卡相连,上传数据到Internet。监测人员可通过PC、手机终端等固定或便携的方式实现对温度的实时监测,并将控制命令通过网络返回终端,对温度进行调控。本论文首先根据ZigBee网络协议的特点对其进行了优化,使其能够方便地对温度测量节点进行管理,并保证传感网数据的及时上报;然后完成了温度测量节点的软硬件设计与调试,利用MSP430单片机和SHT1X系列温湿度传感器实现信息采集与数据处理,并利用德州仪器公司的CC2430通信芯片将数据传输到无线传感网;最后完成了ZigBee网络路由节点和网关节点的软硬件设计与调试,构建了一个完整的实时无线温度采集和控制系统,并进行了相关的实验测试。本系统中,网关由CC2430通信芯片和GSM/GPRS通信模块(或以太网卡)构成,智能温度控制节点由CC2430通信芯片和MSP430单片机构成,节点接收到返回的控制命令后可根据需求来调控温度。此外,还编写了PC上位机软件,使PC能通过Internet网络来监测温度,显示温度曲线,并能通过PC端软件对温度上下限值进行设置。若超过温度阈值,系统能自动报警,将温度数据和报警信息发送到终端。测试结果表明,开发的系统能很好地解决传统的温度测量控制过程中布线繁琐、监测点分散、维护困难和扩展性差等问题,其数据传输方式极大地方便了用户对温度信息的实时监测与控制。此外,通过更换合适的传感器采集特定的数据信息,本系统可拓展应用到不同的具体场合,显示出了很强的通用性、扩展性和实用性,具有广泛的应用价值和良好的市场前景。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章 绪论  8-12
  1.1 课题的研究背景与意义  8-9
  1.2 ZigBee 技术简介  9-10
  1.3 论文的主要研究内容  10-12
第二章 ZigBee 网络的搭建及协议栈优化  12-30
  2.1 ZigBee 网络基础  12-13
    2.1.1 ZigBee 网络中的设备  12
    2.1.2 ZigBee 网络拓扑结构  12-13
  2.2 ZigBee 网络协议研究  13-19
    2.2.1 ZigBee 网络协议构架  13-14
    2.2.2 ZigBee 网络的建立  14-15
    2.2.3 设备加入网络  15-17
    2.2.4 设备离开网络  17-19
  2.3 ZigBee 网络管理软件  19-24
    2.3.1 ZigBee 网络地址分配机制  20
    2.3.2 ZigBee 网络的工作流程  20-21
    2.3.3 PC 端程序处理流程  21-22
    2.3.4 PC 端程序运行结果  22-24
  2.4 ZigBee 网络协议优化  24-28
    2.4.1 路由协议  24-25
    2.4.2 协议优化的主要功能  25-26
    2.4.3 网关路由的建立流程  26-28
  2.5 本章小结  28-30
第三章 温度采集控制系统的硬件设计  30-46
  3.1 ZigBee 通信模块  30-31
    3.1.1 CC2430 通信芯片  30
    3.1.2 通信模块电路设计  30-31
  3.2 数据处理模块  31-35
    3.2.1 MSP430 单片机  31-33
    3.2.2 数据处理模块电路设计  33-35
  3.3 温度传感器  35-38
    3.3.1 SHT10 传感器及应用电路  35-37
    3.3.2 SHT10 传感器温度采集  37-38
  3.4 温度控制电路  38
  3.5 ZigBee 网络与Internet 的接口  38-40
    3.5.1 GSM/GPRS 数据模块设计  39
    3.5.2 以太网数据模块设计  39-40
  3.6 终端设备功耗优化  40-44
    3.6.1 ZigBee 通信模块功耗优化  40-42
    3.6.2 数据处理模块低功耗模式  42-44
  3.7 本章小结  44-46
第四章 温度采集控制系统的软件设计  46-56
  4.1 温度采集终端程序设计  46-49
    4.1.1 温度采集模块程序  46-47
    4.1.2 ZigBee 通信节点程序  47-48
    4.1.3 终端信息帧格式  48-49
  4.2 温度控制模块程序  49
  4.3 ZigBee 网络与Internet 接口程序  49-52
    4.3.1 NEPORT 模块程序  49-51
    4.3.2 GSM/GPRS 模块程序  51-52
  4.4 PC 端软件设计  52-54
    4.4.1 ZigBee Server 软件  52
    4.4.2 温度监测软件  52-54
    4.4.3 网页监测与控制  54
  4.5 本章小结  54-56
第五章 总结与展望  56-58
  5.1 总结  56
  5.2 展望  56-58
致谢  58-59
参考文献  59-63
附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文  63

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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