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应用于机械设备状态监测的无线传感器网络研究

作　者: 王钊
导　师: 熊诗波
学　校: 太原理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 无线传感器网络振动监测加速度传感器 MSP430单片机 ZigBee
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 290次
引　用: 2次
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内容摘要

无线传感器网络是融合了传感器技术、无线通信技术、微机电系统技术和数字电子技术的新的综合型技术。目前在军事、工业监控、环境监测、交通和医疗方面已经得到了广泛应用。同时针对无线传感器网络的研究正逐步深化,应用领域也越来越广,它正逐渐深入到人类生产和生活的各个方面,必将成为一种给人类带来革命性发展的新技术。生产过程智能化高度发展的今天,在机械系统引入无线传感器网络技术进行设备运行状态监测和故障诊断具有重要的意义。在工业监控领域应用无线传感器网络的手段具有传统的有线传感器手段无法比拟的优势。它具有布置灵活、适应性强、快速自组网、无需职守、维护费用极低等优点,甚至针对特殊应用可以开发信息处理和智能控制的功能。通过无线传感器网络对机械设备进行监测可以更加方便快速的了解设备运行状况,对设备可能出现的故障做出准确分析和判断,提高设备的维护效率。无线传感器网络是一种应用性极强的技术,作为其基本组成单元的无线传感器节点有多种节点平台解决方案。根据不同的监测对象首先要选择不同的传感器,具体到应用则要考虑整个节点平台适用性。在机械设备的状态监测应用中,要达到高频率、高速率、大数据量传输等要求就要设计合理的节点平台。在大量研读节点平台技术和芯片资料的基础上,本文提出了适于机械设备状态监测的节点平台方案,开发了底层程序,通过调试验证了程序的可用性,并成功地将802.15.4/ZigBee协议栈应用在节点平台上。为后续在软件和硬件方面的开发都打下了坚实的基础。本文主要内容如下:(1)本文以对比应用较广的几个无线通信标准入手,介绍了无线传感器网络的体系特点和体系结构。分析了作为基本标准的IEEE802.15.4协议及其采用的频段特性和扩频机制,并介绍了以此为基础的ZigBee标准。(2)节点硬件平台的设计,分别以ADXL345作为传感器模块的核心元件、以MSP430单片机为微处理器模块的核心,无线通信模块则采用了CC2420模块。详述了ADXL345传感器板的设计过程。(3)通过C语言编程完成了ADXL345传感器、FLASH芯片以及CC2420的程序设计,实现了振动信号采集和无线收发功能。(4)通过嵌入传感器和FLASH芯片的底层代码完成了TI的ZigBee协议栈在节点平台上的应用,成功组网,实现了完整的协议栈功能,并进行了应用层的初步开发。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-11
第一章绪论  11-21
  1.1 选题目的和研究意义  11-12
  1.2 无线传感器网络技术概述  12-15
    1.2.1 无线传感器网络的发展历程  12-14
    1.2.2 无线传感器网络特点  14
    1.2.3 无线传感器网络体系结构  14-15
  1.3 国内外研究现状  15-16
  1.4 无线传感器网络展望  16-17
  1.5 本论文的研究内容和组织结构  17-21
    1.5.1 本文的研究内容  17-18
    1.5.2 本文的组织结构  18-21
第二章机械设备状态监测与无线传感器网络关键技术  21-37
  2.1 机械设备状态监测  21-22
  2.2 无线通信技术  22-27
    2.2.1 无线通信标准  22-24
    2.2.2 WSN 的传输频段  24-25
    2.2.3 扩频通信技术  25-27
  2.3 无线传感器网络协议标准  27-35
    2.3.1 IEEE802.15.4 标准  27-32
    2.3.2 Zigbee 规范  32-35
  2.4 本章小结  35-37
第三章无线传感器网络节点硬件设计  37-67
  3.1 无线传感器网络节点设计方案  37-39
  3.2 微处理器模块  39-45
    3.2.1 微处理器芯片选型  39-42
    3.2.2 JTAG 调试接口  42-43
    3.2.3 串行通信接口  43-44
    3.2.4 FLASH 串行外扩存储器  44-45
  3.3 无线通信模块  45-49
    3.3.1 CC2420 介绍  46
    3.3.2 CC2420 工作原理和外围电路  46-48
    3.3.3 CC2420 的SPI 通信  48-49
  3.4 传感器模块设计  49-64
    3.4.1 加速度传感器选型  49-51
    3.4.2 ADXL345 介绍  51-58
    3.4.3 ADXL345 传感器模块的设计  58-64
  3.5 电源模块的设计  64-65
  3.6 本章总结  65-67
第四章节点平台底层程序开发  67-87
  4.1 开发软件介绍  67-70
    4.1.1 EW430 介绍  67-68
    4.1.2 创建项目过程  68-70
  4.2 相关底层硬件驱动  70-84
    4.2.1 CC2420 硬件驱动  70-75
    4.2.2 m25p80 硬件驱动  75-77
    4.2.3 ADXL345 程序  77-84
  4.3 底层驱动函数列表  84-85
  4.4 ADXL345 程序测试  85-86
  4.5 本章总结  86-87
第五章 Zigbee 协议栈的应用  87-95
  5.1 创建项目过程  87-89
  5.2 数据采集应用  89-93
  5.3 本章总结  93-95
第六章总结与展望  95-97
  6.1 工作总结  95
  6.2 创新点  95-96
  6.3 展望  96-97
参考文献  97-101
致谢  101-103
攻读学位期间发表的论文  103

应用于机械设备状态监测的无线传感器网络研究

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