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基于ZigBee无线传感器网络的电气火灾智能监测系统研究与设计

作　者: 张振亚
导　师: 顾幸生；李红词
学　校: 华东理工大学
专　业: 控制工程
关键词: ZigBee 无线传感器网络 电气火灾智能监测 CC2530
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着现代社会的发展,电气化设备的配备和使用日趋密集,由此引发的火灾隐患不断增大,火灾事故时有发生。传统的电气火灾监测系统中,传感器节点采集的数据通常采用有线的方式传输到上位机,需要布置大量线缆。当现场环境比较复杂和恶劣时,采用有线传输方式的监测系统将受到很大制约。近些年兴起的ZigBee无线传感器网络技术,以其低功耗、低成本、低传输速率和组网灵活等特点,在环境监测和工业控制等诸多领域具有广阔的发展和应用前景。本文研究开发一种集环境监测和预防电流过大为一体并采用ZigBee协议传输传感器节点采集数据的保护装置,在电气火灾智能监测系统中应用。选用TI公司的CC2530作为控制和通信模块的核心,以MAX232设计串口通信接口供协调器和上位机监控软件通讯使用,终端设备节点选用DS18B20、HT11和TLV2464分别进行温度、湿度以及电流数据的采集。针对现场应用环境的需要,总体方案设计中采用ZigBee树形拓扑,协调器负责建立网络并将终端节点采集的数据上传到监控软件,路由器节点负责网络的扩展和数据的转发,终端设备节点负责采集监测数据。根据网络节点的不同功能需求,分别完成其硬件部分的电路设计和PCB设计,并进行协议栈操作系统应用程序和传感器监测程序的编写。最后,设计上位机监控软件作为控制室集中实时监测的平台。本系统人机交互界面友好,将内部电流和外部环境的双重监测相结合,并采用ZigBee协议无线传输数据,具有智能化、低成本、维护方便和可移植性好等优点。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 文献综述  10-13
    1.2.1 无线传感器网络及其发展研究现状  10-11
    1.2.2 ZigBee无线传感器网络技术研究现状  11-12
    1.2.3 电气火灾监测系统及其研究现状  12-13
  1.3 论文研究内容及章节安排  13-14
第2章 ZigBee无线传感器网络技术  14-28
  2.1 引言  14
  2.2 ZigBee技术概述  14-15
    2.2.1 ZigBee技术特点  14
    2.2.2 ZigBee和其他常见无线技术的比较  14-15
  2.3 ZigBee协议栈概述  15-27
    2.3.1 物理层  16-18
    2.3.2 MAC层  18-19
    2.3.3 网络层  19-26
    2.3.4 应用层  26-27
  2.4 本章小结  27-28
第3章 硬件部分的研究及设计  28-43
  3.1 引言  28
  3.2 课题总体设计方案  28-30
    3.2.1 终端设备监测节点功能设计  29
    3.2.2 协调器节点功能设计  29
    3.2.3 PC监测软件功能设计  29-30
  3.3 ZigBee芯片的选用  30-32
  3.4 硬件电路的设计  32-42
    3.4.1 CC2530外围电路设计  32-34
    3.4.2 电源模块的设计  34-36
    3.4.3 温度测量模块设计  36-37
    3.4.4 湿度测量模块设计  37-38
    3.4.5 电流监测模块设计  38-40
    3.4.6 LED指示和蜂鸣器报警设计  40
    3.4.7 串口通讯模块设计  40-41
    3.4.8 PCB电源和地的设计  41-42
  3.5 本章小结  42-43
第4章 软件部分设计  43-58
  4.1 引言  43
  4.2 集成开发平台介绍  43
  4.3 ZigBee协议栈及实时操作系统  43-46
    4.3.1 ZigBee协议栈  43-45
    4.3.2 操作系统  45-46
  4.4 协调器节点软件设计  46-49
    4.4.1 建立网络  47
    4.4.2 添加任务  47-48
    4.4.3 任务事件处理函数  48-49
  4.5 路由节点和终端设备节点程序设计  49-55
    4.5.1 路由器节点软件设计  49
    4.5.2 终端设备节点软件设计  49-55
  4.6 PC监控软件设计  55-57
  4.7 本章小结  57-58
第5章 系统测试  58-63
  5.1 引言  58
  5.2 入网和通信距离测试  58-60
  5.3 丢包率测试  60-61
  5.4 终端设备节点低功耗测试  61
  5.5 监控软件测试  61-62
  5.6 本章小结  62-63
第6章 本文工作总结及展望  63-65
  6.1 本文完成的主要工作  63
  6.2 今后工作的展望  63-65
参考文献  65-69
致谢  69

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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
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