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基于ANT技术的热网无线数据采集系统研究

作　者: 张海
导　师: 朱林
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 供热管网监控 无线数据采集 ANT技术 太阳能
分类号: TU995
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 7次
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内容摘要


我国城市集中供热系统的自动化水平还很低，很多地方热力站之间仍实行独立的调节方式，导致热量无法平衡分配，用户端冷暖不均匀。目前，较成熟的监控系统仅覆盖到热力站，通过有线方式监测热力站二次网的供、回水温度压力，进行热量分配。由于热网用户分布地域广、密度跨度大而且有规律，如采用传统的有线传输方式，不但布线维护难而且成本高。现有针对热网用户端监测的研究多采用无线传感器网络进行工况数据采集，但此类数据采集系统的自组网协议栈复杂、不通用，传感器节点多采用电池供电，导致网络寿命短、维护成本较高。鉴于ANT是一种协议简单、功耗低、传输速率高的无线短距离通信协议，本文提出一种基于ANT技术的热网无线数据采集系统，并从ANT网络硬件和软件设计实现两方面完成对课题的研究。ANT网络的硬件以嵌入式芯片STM32F103RBT6作为中央处理器，以ANT无线通信模块AP1000PA作为无线收发器，完成数据采集节点和数据汇聚节点两部分硬件电路的设计实现。其中，数据采集节点采用太阳能供电，通过对节点能量消耗估计选择合理匹配的太阳能供电电路原器件，如太阳能电池、锂电池、锂电池充电管理芯片等，进而完成太阳能供电电路的设计调试。在ANT网络硬件电路设计实现过程中，先后经过原理图和PCB图的绘制、PCB板制作以及样机的安装调试。ANT网络的软件是在嵌入式实时操作系统uC/OS-Ⅱ和硬件配置文件BSP.C的基础上，设计实现ANT网络协议栈的各层协议，如：物理层数据收发协议、数据链路层信息帧的构建与解析协议、ANT网络组网协议、路由选择维护协议、应用层数据传输协议以及其它功能的实现。课题对小型ANT网络进行测试验证，结果表明：ANT网络可自动完成组网和自动路由选择；网内节点数据传输正常，未发现数据丢失和重复情况发生，基本满足热网应用需求。

全文目录


摘要  3-4
Abstract  4-9
引言  9-10
1 概述  10-16
  1.1 选题的背景和意义  10-11
  1.2 国内外现状  11-13
  1.3 几种常用无线通信技术  13-14
    1.3.1 GPRS 技术  13
    1.3.2 Wi-Fi 技术  13
    1.3.3 Bluetooth 技术  13
    1.3.4 ZigBee 技术  13-14
    1.3.5 ANT 技术  14
  1.4 课题研究的内容和路线  14-15
    1.4.1 研究内容  14-15
    1.4.2 研究路线  15
  1.5 本章小结  15-16
2 ANT 技术  16-24
  2.1 ANT 技术概述  16-17
    2.1.1 ANT 技术特点  17
    2.1.2 ANT 技术的研究现状  17
  2.2 ANT 协议  17-23
    2.2.1 ANT 协议栈框架  17
    2.2.2 ANT 网络拓扑  17-18
    2.2.3 ANT 协议分析研究  18-23
  2.3 本章小结  23-24
3 无线数据采集系统设计方案  24-34
  3.1 系统的整体框架  24-25
  3.2 ANT 网络  25-29
    3.2.1 网络组建  26-27
    3.2.2 路由选择  27-28
    3.2.3 路由维护  28-29
  3.3 器材选型  29-33
  3.4 本章小结  33-34
4 ANT 网络节点的硬件设计实现  34-44
  4.1 数据采集节点硬件设计实现  34-41
    4.1.1 数据采集节点结构  34
    4.1.2 电源模块  34-39
    4.1.3 ANT 通信电路  39-40
    4.1.4 数据采集节点样机  40-41
  4.2 数据汇聚节点硬件设计实现  41-43
    4.2.1 数据汇聚节点结构  41
    4.2.2 GPRS 接口电路  41-42
    4.2.3 人机交互模块  42-43
    4.2.4 数据汇聚节点样机  43
  4.3 本章小结  43-44
5 ANT 网络软件设计实现  44-57
  5.1 ANT 网络软件概述  44-46
    5.1.1 ANT 网络软件结构  44-45
    5.1.2 嵌入式操作系统 uC/OS-Ⅱ的移植  45-46
    5.1.3 硬件配置程序 BSP.c 的实现  46
  5.2 ANT 网络通信协议设计  46-48
    5.2.1 ANT 网络结构及功能  46-47
    5.2.2 ANT 网络节点信道参数配置  47
    5.2.3 ANT 网络应用层通信协议设计  47-48
  5.3 ANT 网络通信协议实现  48-54
    5.3.1 ANT 网络物理层  48-50
    5.3.2 ANT 网络数据链路层  50-51
    5.3.3 ANT 网络网络层  51-52
    5.3.4 ANT 网络应用层  52-54
  5.4 ANT 网络测试  54-56
  5.5 本章小结  56-57
结论  57-58
参考文献  58-61
附录 A ANT 网络节点硬件电路  61-65
附录 B ANT 网络软件部分代码  65-73
在学研究成果  73-74
致谢  74

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 市政工程 > 城市集中供热
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