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基于ZigBee的语音采集及传输关键技术的研究

作　者: 揭扬
导　师: 吴蒙
学　校: 南京邮电大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: ZigBee技术 片上系统 无线多媒体传感器节点 语音采集
分类号: TN912.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


随着监测需求的增长,传统无线传感器网络的局限性日益突显,人们迫切需要将多媒体信息引入到无线传感器网络中。由于多媒体信息具有信息量大、实时性强等特点,给无线多媒体传感器节点的设计带来挑战。本文基于ZigBee技术构建了一个无线语音传感器节点系统,利用该系统实现环境中语音信号的实时采集与传输。文中对无线多媒体传感器网络结构进行分析,结合目前典型的ZigBee语音传感器节点的设计方案,依照低功耗、低成本的设计需求,提出了基于ZigBee片上系统(SoC)的语音传感器节点系统架构。为了提高语音信号采集质量,节点使用了外部语音编码器,并在此基础上设计语音传感器节点模块间的通信接口。在软件设计阶段,编写了硬件驱动程序和传感器节点的点对点通信程序,实现传感器节点的语音采集和传输功能。考虑到多媒体传感器网络数据的多维性,通过改进IEEE802.15.4的MAC数据帧格式,实现MAC层多媒体数据分类,提高节点的工作效率。针对因信道状态不稳定导致QoS下降问题,给出了自适应频率捷变的软件实现方案,提高传感器节点的抗干扰能力。最后,对语音传感器节点进行性能测试,结果表明语音传感器节点在25米的通信距离范围内分组到达率高于90%,工作性能良好。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-6
目录  6-9
第1章 绪论  9-14
  1.1 研究背景与意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-13
    1.2.1 无线多媒体传感器节点研究现状  10-11
    1.2.2 无线多媒体传感器传输协议研究现状  11-13
  1.3 本文研究内容及章节安排  13-14
第2章 基于ZigBee的语音传感器节点架构  14-23
  2.1 ZigBee多媒体传感器网络体系结构  14-15
    2.1.1 ZigBee多媒体传感器网络架构  14-15
    2.1.2 ZigBee多媒体传感器节点架构  15
  2.2 ZigBee语音传感器节点功能需求  15-16
  2.3 典型ZigBee语音传感器节点架构  16-20
    2.3.1 ATmegal28L+CC2420架构方案  17-18
    2.3.2 DSP+nRF2401架构方案  18-19
    2.3.3 CC2430单芯片架构方案  19-20
  2.4 基于MG2455语音传感器节点架构  20-21
  2.5 本章小结  21-23
第3章 ZigBee语音传感器节点硬件设计  23-35
  3.1 芯片工作原理  23-25
    3.1.1 ZigBee芯片MG2455  23-24
    3.1.2 单声道编码器WM8974  24-25
  3.2 语音传感器节点硬件结构  25-26
  3.3 硬件电路设计  26-30
    3.3.1 电源管理模块  26-27
    3.3.2 射频电路模块  27-28
    3.3.3 语音输入与输出模块  28-29
    3.3.4 语音采集电路  29-30
  3.4 接口模块设计  30-32
    3.4.1 串行控制接口模块  30-31
    3.4.2 I2S接口模块  31-32
    3.4.3 电路板接口模块  32
  3.5 PCB电路设计  32-34
  3.6 本章小结  34-35
第4章 ZigBee语音传感器节点软件设计  35-55
  4.1 语音采集模块的实现  35-40
    4.1.1 WM8974控制驱动程序  35-37
    4.1.2 I2S接口初始化  37-39
    4.1.3 压缩编解码模块配置  39-40
  4.2 节点通信连接建立实现  40-46
    4.2.1 自定义MAC数据帧格式  40-42
    4.2.2 节点通信连接过程  42-43
    4.2.3 空闲信道选择  43-44
    4.2.4 命令数据发送  44-46
  4.3 节点语音通信实现  46-54
    4.3.1 语音数据发送  46-48
    4.3.2 语音数据乒乓缓存接收  48-52
    4.3.3 自适应频率捷变  52-54
  4.4 本章小结  54-55
第5章 性能测试与结果分析  55-61
  5.1 测试环境搭建  55-56
  5.2 本地环路测试  56-57
  5.3 节点通信测试  57-60
    5.3.1 节点连接建立  57-58
    5.3.2 RSSI与丢包率测试  58-59
    5.3.3 自恢复通信测试  59-60
  5.4 本章小结  60-61
第6章 总结与展望  61-63
  6.1 工作小结  61-62
  6.2 未来研究工作  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-67

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 通信 > 电声技术和语音信号处理 > 语音信号处理
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