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基于ZigBee的化粪池远程监测预警系统研究与设计

作　者: 王琛
导　师: 陈今润
学　校: 重庆大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: Zigbee技术无线传感器网络 IEEE 802.15.4标准化粪池 WCDMA
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着城市化进程的加快,市区化粪池数量日趋增多,且位置特别分散,难于进行监管,化粪池爆炸已经是重庆市公共安全的严重隐患。针对重庆市安监局构建全市实时监控系统的需求,论文提出一种基于Zigbee技术的化粪池远程监测预警系统设计方案,方案中采集前端采用无线传感技术,网络采用3G移动通信网,可以实现采集数据的全无线传输,对解决当前的困局具有一定的实际意义。论文简要分析了IEEE 802.15.4标准和Zigbee网络技术,提出了系统的整体设计思想:无线传感节点将采集的数据传送给协调器,数据经ARM处理器处理后通过3G移动网络传送到远程监控中心。围绕系统的整体架构模型,详细阐述了系统的无线传感节点与网关的设计。系统无线传感节点的设计中,其硬件主要集成了传感器模块、电源模块和CC2430模块,软件在自定义帧格式的基础上实现了节点入网与数据收发功能;系统网关的设计中,其硬件主要描述了电源模块、存储模块、串口模块、JTAG接口等电路的设计思想和开发过程,软件根据其所需要实现的功能,成功移植了嵌入式μC/OSⅡ内核到ARM处理器中,完成了μC/OSⅡ任务设计,实现了EM700模块的通信功能。最后通过实验进行验证,系统能很好地完成前端数据采集与后端数据发送的整个过程,证明了本文设计方法的可行性。该系统为化粪池等设备的远程监控提供了一种可靠的解决方案,具有广阔的应用前景。

全文目录

中文摘要  3-4
英文摘要  4-8
1 绪论  8-19
  1.1 研究背景与意义  8-9
  1.2 现状分析  9-10
    1.2.1 国内外化粪池技术现状  9
    1.2.2 无线传感器网络发展现状  9-10
    1.2.3 3G 网络的发展现状  10
  1.3 IEEE 802.15.4 标准简介  10-13
    1.3.1 IEEE 802.15.4 特点  10-11
    1.3.2 IEEE 802.15.4 规范  11-13
  1.4 Zigbee 网络技术概述  13-17
  1.5 本文主要内容  17-19
2 化粪池监测预警系统整体方案设计  19-28
  2.1 系统需求与设计原则  19-20
    2.1.1 系统需求分析  19-20
    2.1.2 系统设计原则  20
  2.2 系统设计方案  20-27
    2.2.1 系统架构模型  20-22
    2.2.2 ARM 处理器选择  22
    2.2.3 WCDMA 模块选择  22-24
    2.2.4 Zigbee 模块选择  24-25
    2.2.5 传感器选择  25-26
    2.2.6 预警方案设计  26-27
  2.3 本章小结  27-28
3 化粪池监测预警系统无线传感节点设计  28-43
  3.1 设计目标  28
  3.2 无线传感节点硬件设计  28-31
    3.2.1 设计框图  28
    3.2.2 CC2430 电路设计  28-30
    3.2.3 节点接口电路  30
    3.2.4 电源模块  30-31
  3.3 无线传感节点软件设计  31-42
    3.3.1 数据帧结构设计  31-33
    3.3.2 节点软件系统构成  33
    3.3.3 节点软件总体流程  33-34
    3.3.4 节点入网设计  34-35
    3.3.5 发送模式  35-36
    3.3.6 空闲模式  36-37
    3.3.7 串口收发设计  37-38
    3.3.8 Z-Stack 协议栈  38-42
  3.4 本章小结  42-43
4 化粪池监测预警系统网关设计  43-57
  4.1 网关硬件设计  43-49
    4.1.1 电源模块电路  43-44
    4.1.2 存储模块电路  44-47
    4.1.3 串口模块电路  47-48
    4.1.4 JTAG 接口电路  48-49
    4.1.5 通信模块设计  49
  4.2 网关软件总体设计  49-56
    4.2.1 系统软件平台  49-51
    4.2.2 协调器模块  51-53
    4.2.3 EM700 模块  53-55
    4.2.4 μC/OSⅡ任务设计  55-56
  4.3 本章小结  56-57
5 系统实验验证  57-64
  5.1 实验平台搭建  57
  5.2 节点测试  57-62
    5.2.1 数据抓包测试  57-60
    5.2.2 设备入网过程  60-62
  5.3 网关测试  62-63
  5.4 本章小结  63-64
6 结论与展望  64-66
  6.1 论文工作总结  64
  6.2 后续工作展望  64-66
致谢  66-67
参考文献  67-70
附录  70
  A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录  70
  B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录  70

基于ZigBee的化粪池远程监测预警系统研究与设计

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