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基于Cortex-M3的无线射频数据采集和传输系统研究

作　者: 杨啸宇
导　师: 熊瑛
学　校: 天津理工大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 无线数据采集 ZigBee Cortex-M3 嵌入式以太网
分类号: TN929.5;TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 233次
引　用: 3次
阅　读: 论文下载

内容摘要

无线传感器技术很大程度上改变了现代传感器数据传输的形式。而最新出现的ZigBee技术,为无线传感器提供了更加方便的连接方式、更健壮的网络支持和较低的功耗,使得它在工业现场、智能家居等方面的无线数据采集领域有着广阔的应用前景。而ZigBee网络作为一个独立的网络,也有它的局限性,无法和现有的网络进行数据融合。利用嵌入式概念,将当前最新的无线传感器技术与当代取得巨大成功的计算机以太网络技术相结合,形成的无线传感器的以太网远程监测系统,己成为传感器网络和计算机网络两个领域的研究热点。本文先简单扼要地介绍了无线传感网络技术及其国内外的发展。在实验过程中,我们利用支持ZigBee协议CC2430芯片、基于ARM Cortex-M3内核的STM32处理器和以太网控制芯片ENC28J6O设计了一个结合了无线传感器网络和以太网两种技术的桥接网关,给出了网关的软硬件设计和网络通信协议。其中传感器节点和无线接收模块都采用CC2430,无线接收模块负责接受无线传感器节点传来的数据,然后交由STM32处理器处理,最后通过以太网芯片ENC28J60发送到以太网中去。本文完成了传感器节点和网关的硬件电路设计以及PCB的制作。针对自行开发的硬件平台,在TI公司的Z-Stack协议栈的基础上编写程序,实现了由协调器和传感器节点组成的星型网络。并在uIP的基础上,通过STM32对ENC28J60的控制,实现了ZigBee与以太网的接口。通过在微机中指定网关IP地址和传感器节点标识号就可以实现无线信息的采集、显示和存储。本文设计的可灵活地开发成实际的产品,广泛的应用于分布式检测系统当中。该传感器节点可嵌入到各个装置、仪器和仪表中,能使它们能通过无线的方式和计算机监测系统交换信息。实验测试表明,本系统工作稳定,数据传输可靠,可满足分布式无线数据采集和网络化监测的需要。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-14
  1.1 课题的研究意义和背景  9-10
  1.2 国内外研究现状  10
  1.3 ZigBee 技术  10-11
  1.4 论文的主要工作和内容安排  11-14
第二章处理器的选型和总线接口的配置  14-26
  2.1 ARM Cortex 系列内核及处理器的选型  14-20
    2.1.1 ARM Cortex-M3内核的技术特点  15-18
    2.1.2 处理的选性--STM32处理器简介  18-20
  2.2 STM32处理器的USART接口与配置  20-23
  2.3 STM32处理器的SPI接口与设置  23-26
第三章基于 Cortex-M3 的无线传感器网关的设计  26-46
  3.1 系统方案设计  26
  3.2 系统的整体工作流程  26-28
  3.3 系统硬件设计  28-38
    3.3.1 ZigBee协调器的硬件设计  28-31
    3.3.2 嵌入式以太网服务器的硬件设计  31-38
  3.4 系统的软件设计  38-46
    3.4.1 ZigBee 协调器软件设计  38-39
    3.4.2 嵌入式以太网服务器的软件设计  39-43
    3.4.3 高层通信协议uIP的移植与应用  43-44
    3.4.4 应用层主程序的设计  44-46
第四章无线数据采集系统的应用设计  46-55
  4.1 传感器节点的数据采集  46-48
    4.1.1 CC2430的8-14位数模转换部件  46-47
    4.1.2 传感器节点的 ADC 转换过程  47-48
  4.2 无线数据采集上位机监测软件的设计  48-51
    4.2.1 设计目标  48-49
    4.2.2 上位机的设计及其工作流程  49-51
  4.3 传感测量与网络传输应用实例  51-55
    4.3.1 温度测量系统  51-52
    4.3.2 射频导纳液位计的测量监测系统  52-55
第五章总结和展望  55-57
  5.1 总结  55-56
  5.2 展望  56-57
参考文献  57-59
发表论文和科研情况说明  59-60
致谢  60-61

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