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基于ZigBee技术的在线监测系统的研究

作　者: 路婷婷
导　师: 王毅
学　校: 北京交通大学
专　业: 电气工程
关键词: 无线传感器网络 ZigBee 无线通信 在线监测系统
分类号: TP212.9;TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要


接触网作为电气化铁路的主要供电设备,对铁路的安全运行有着重要的影响。在接触网设备的各类故障中,电气烧伤故障因其事前难以发现而危害性又大,已越来越引起供电运营检修部门的重视。因此有必要对接触网关键点的温度进行测量,通过温度测量来预防电气烧伤的发生,以保证铁路正常供电的持续性。ZigBee技术作为低速率无线传感器网络的主要通信协议,具有协议简单、功耗低、组网能力强、网络容量大、时延短、安全、可靠及成本低等优点。本文以接触网的在线监测为背景,对ZigBee技术进行深入的分析和研究,设计了一种基于ZigBee的接触网温度在线监测系统,通过ZigBee无线网络实现数据的实时采集和无线传输。论文的主要内容如下：首先,介绍了接触网在线监测的重要性及研究现状。接着介绍了ZigBee技术的相关概念、技术特点、网络配置等内容,并在详细介绍了IEEE 802.15.4标准和ZigBee协议栈的基础上,着重分析了网络层、物理层、介质访问控制层及应用层的功能。其次,研究并分析了电气化铁路中接触网设备的电气烧伤故障的种类以及导致烧伤故障的原因,并给出了相应的预防措施,提出一种基于ZigBee的接触网设备的温度在线监测系统,对于预防接触网的电气烧伤故障有很大意义。最后,设计了一种基于ZigBee的接触网设备温度在线系统。完成了ZigBee无线传感器网络节点的硬件电路设计；应用IAR开发平台和Z-Stack协议栈完成了节点的功能软件设计,并采用VB.NET编程语言设计了上位机监控界面。对该系统进行测试,通过无线通信方式,实现了数据的实时采集,达到了预定设计要求。

全文目录


致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 绪论  10-13
  1.1 研究背景及意义  10
  1.2 国内外研究现状  10-11
  1.3 本文主要工作及结构安排  11-13
2 ZigBee技术  13-22
  2.1 ZigBee技术的主要特点  13-14
  2.2 ZigBee协议栈  14-19
    2.2.1 物理层(PHY)  14-16
    2.2.2 介质接入控制层(MAC)  16-18
    2.2.3 网络层(NWK)  18
    2.2.4 应用层(APL)  18-19
  2.3 ZigBee无线网络配置  19-22
    2.3.1 ZigBee设备分类  19-20
    2.3.2 ZigBee网络拓扑结构  20-21
    2.3.3 ZigBee路由方式  21-22
3 接触网设备电气烧伤故障分析及研究  22-26
  3.1 电气烧伤故障  22
  3.2 电气烧伤原因分析  22-24
    3.2.1 设计中采用的线索允许持续载流量偏小  22
    3.2.2 主导电回路缺陷  22-23
    3.2.3 非正常的电流转换  23
    3.2.4 零部件分流  23-24
    3.2.5 施工检修方面原因  24
  3.3 对接触网电气烧伤问题的预防措施  24-25
  3.4 关键节点温度在线监测的重要性  25-26
4 系统硬件设计  26-37
  4.1 系统总体方案概述  26-27
  4.2 节点硬件设计  27-37
    4.2.1 节点芯片选型  27-31
    4.2.2 数据处理及无线收发模块设计  31-33
    4.2.3 电源设计  33
    4.2.4 串口电路设计  33-34
    4.2.5 按键及LED电路设计  34-35
    4.2.6 在线编程调试模块设计  35-36
    4.2.7 温度传感器的选择  36
    4.2.8 PCB板的设计  36-37
5 系统软件设计  37-52
  5.1 IAR开发环境  37-38
  5.2 Z-Stack协议栈  38-40
    5.2.1 Z-Stack文件结构  38-39
    5.2.2 Z-Stack工作流程  39-40
  5.3 系统组网实现  40-49
    5.3.1 协调器节点建立网络  40-45
    5.3.2 传感器节点加入网络  45-48
    5.3.3 组网测试  48-49
  5.4 数据采集和传输的实现  49-52
    5.4.1 协调器节点程序实现  49-50
    5.4.2 传感器节点程序实现  50-52
6 监测系统界面软件设计  52-61
  6.1 监控界面总体框架  52-53
  6.2 串口通信程序实现  53-55
  6.3 数据库的连接与访问  55-58
  6.4 发热故障判断及报警  58
  6.5 系统测试  58-61
7 结论与展望  61-63
参考文献  63-66
附录A  66-68
作者简历  68-70
学位论文数据集  70

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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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