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基于ZigBee 2006协议的无线数据采集系统设计与实现

作　者: 俞卓慧
导　师: 卢国明；方盛明
学　校: 电子科技大学
专　业: 软件工程
关键词: 无线传感器网络 ZigBee 2006协议 数据采集 节点部署
分类号: TP311.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


随着传感器技术、现代网络技术和无线通信技术等技术的进步,推动了具有现代意义上的无线传感器网络的产生和发展。ZigBee技术作为一种新兴的近距离、复杂度低、低功耗、数据速率低、低成本的无线网络技术,在2002年被提出并不断被更新和完善,并获得了广泛的支持。它是一种处于蓝牙和无线标记技术之间的技术,主要应用于短距离的无线通信。文章将ZigBee技术应用与工业现场的温度、压力、流量等参数的采集。研究基于ZigBee 2006技术标准的无线传感器网络在工业现场过程控制数据采集中的应用,开发ZigBee技术的为核心的无线数据采集系统。该数据采集系统将面向环境监测、工业控制等领域。通过研制性价比优异的无线数据采集系统,为ZigBee技术在数据采集领域内的推广应用提供的技术支持。本文首先对当前无线传感器网络以及ZigBee技术的由来、研究热点与研究状况作了详尽的介绍。同时提出了在工业现场利用基于ZigBee 2006协议的无线网路采集温度、流量、压力等参数。其次,介绍了ZigBee 2006协议栈与无线数据采集系统的网络结构、ZigBee协议栈结构、ZigBee网络配置、ZigBee协议物理层、MAC层、网络层、网络层等有关概念。同时,对无线数据采集系统的需求、拓扑结构、通信路由方案、节点数据通信实现方案与部署方案作了详细的分析研究,提出了基于ZigBee 2006技术无线数据采集系统的总体设计方案。根据总体设计方案以CC2430芯片为核心设计了协调器/路由器节点、数据采集节点的硬件设计方案,并选定了温度、压力、流量等工业现场主要参数的检测传感器型号与数据测量方案。本文利用通信协议栈Z-Stack与IAR开发环境开发了,协调器、路由器、数据采集节点的软件,包括数据通信与工业现场参数采集。同时,利用可视编程工具Visual C# 2005开发平台与SQLSevers数据库开发了集中器管理软件,实现网络配置、用户信息管理、数据处理、曲线显示、实时显示和数据库存储。最后,本文对整个系统进行测试,并展望今后研究的方向。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 项目研究背景与意义  10-11
  1.2 ZigBee 技术概述  11-13
    1.2.1 ZigBee 技术的特点  11-12
    1.2.2 ZigBee 标准的发展  12-13
  1.3 ZigBee 技术在工业现场数据采集领域中的应用前景  13-14
    1.3.1 工业现场数据采集技术的现状  13
    1.3.2 ZigBee 技术在工业现场数据采集领域的应用前景  13-14
  1.4 本文研究主要内容与章节安排  14-15
  1.5 小结  15-16
第二章 ZigBee 协议栈分析  16-26
  2.1 ZigBee 技术概述  16-19
    2.1.1 ZigBee 协议栈结构  16-18
    2.1.2 ZigBee 网络配置  18-19
  2.2 ZigBee 协议物理层  19-20
    2.2.1 信道分配方式  19-20
    2.2.2 物理层帧格式  20
  2.3 MAC 层  20-22
    2.3.1 MAC 层帧格式  20-21
    2.3.2 超帧及其结构  21-22
  2.4 网络层  22-24
    2.4.1 网络层数据帧格式  22-23
    2.4.2 地址分配机制  23-24
    2.4.3 路由机制  24
  2.5 小结  24-26
第三章 总体方案设计  26-35
  3.1 无线数据采集系统组成方案  26-28
  3.2 ZigBee 无线数据采集系统数据传输方式  28
  3.3 无线数据采集系统的网络组成与网络拓扑结构  28-29
  3.4 无线数据采集系统节点的网络地址分配  29-32
  3.5 低功耗问题  32-34
    3.5.1 通信能耗模型  32-33
    3.5.2 最低功耗配置  33-34
  3.6 小结  34-35
第四章 无线数据采集系统硬件电路设计  35-46
  4.1 ZigBee 无线收发控制器CC2430  35-39
    4.1.1 CC2430 的功能特点  35-36
    4.1.2 无线数据采集系统射频收发电路  36-37
    4.1.3 CC2430 的电源管理  37-39
  4.2 工业现场数据采集与发送模块的设计  39-43
    4.2.1 数据采集与发送模块的组成  39-40
    4.2.2 温度检测电路  40-41
    4.2.3 压力与流量检测电路设计  41-42
    4.2.4 电源电路  42-43
  4.3 全功能节点硬件设计  43-45
    4.3.1 硬件组成  43
    4.3.2 全功能节点硬件电路  43-44
    4.3.3 全功能节点射频模块接口  44-45
    4.3.4 全功能节点液晶显示电路  45
  4.4 小结  45-46
第五章 无线数据采集系统软件设计  46-66
  5.1 系统软件的整体设计  46-48
    5.1.1 无线数据采集系统软件设计概述  46
    5.1.2 系统软件的组成与功能  46-48
  5.2 ZigBee 无线数据采集网络的软件设计  48-58
    5.2.1 各种节点的工作流程  48-51
    5.2.2 网络设置  51-52
    5.2.3 数据采集实现  52-54
    5.2.4 数据通信程序实现  54-58
  5.3 集中器管理软件开发  58-65
    5.3.1 数据采集与显示  59-63
    5.3.2 集中器数据库管理模块  63-64
    5.3.3 集中器设备管理模块  64-65
  5.4 小结  65-66
第六章 系统测试  66-68
  6.1 测试环境  66
  6.2 性能测试  66-67
    6.2.1 无线通信测试  66-67
    6.2.2 信息采集测试  67
  6.3 小结  67-68
第七章 结论与展望  68-70
  7.1 结论  68-69
  7.2 展望  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-73

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机软件 > 程序设计、软件工程 > 软件工程 > 软件开发
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