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嵌入式无线网络传感器的研究与设计

作　者: 伏德雨
导　师: 吴平
学　校: 南京航空航天大学
专　业: 物理电子学
关键词: 嵌入式系统无线网络传感器动态称重不停车收费 CS5532
分类号: TP212
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

本文较为详尽地介绍了研制基于无线传感器网络的不停车收费系统所涉及的理论与技术。在动态称重系统部分,介绍了测量原理,硬件实现过程,以及软件编程。动态称重系统是不停车收费系统的重要组成部分,不停车收费数额是根据车辆净载荷量来计算的。动态称重模块由主机板和从机板构成。主机板负责把从机数据发送到ZigBee节点上。主机板上接6个从机。从机板由ADC模块,MCU模块,编程接口,温度传感器模块,电源模块组成,该从机板直接测量压力传感器的压力值。动态称重是一个复杂的过程,本论文根据车辆经过传感器的输出量与车辆速度的拟合,找出近似关系式来表示出压力与重量的关系,这种近似关系式是依赖于特定系统的。ZigBee无线传感器网络部分是不停车收费系统中另一个非常重要的部分,它负责数据的无线传输,及车辆的定位和车辆识别等。ZigBee无线传感器网络属于Ad-hoc动态网络,很适合车辆的动态加入和离出网络。无线传感器网络节点模块主要由电源模块、LCD显示模块、ZigBee无线模块、键盘等几个部分组成。不停车收费系统的主要目的是在不停车的情况下完成载重车辆的收费,由于常规的交通收费系统过程繁杂浪费时间且可能会出现堵车现象,本文正是针对这些情况而进行研究的。实验结果表明了所设计的系统方案合理有效,具有较好的实时性和可靠性。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-12
第一章绪论  12-16
  1.1 研究背景及国内外研究现状  12-14
    1.1.1 研究背景及意义  12
    1.1.2 国内外研究现状  12-14
  1.2 本论文主要研究内容及创新  14-16
    1.2.1 本论文主要研究内容  14-15
    1.2.2 本文创新点  15-16
第二章基于ZIGBEE 技术的不停车收费系统方案设计  16-29
  2.1 引言  16
  2.2 嵌入式系统  16-17
    2.2.1 嵌入式系统的定义  16
    2.2.2 嵌入式系统的特点  16-17
  2.3 系统工作原理  17-18
  2.4 无线传感器网络定位原理  18-22
    2.4.1 定位分类  19-20
    2.4.2 几种定位方法的比较与方案选取  20-22
  2.5 无线技术方案分析  22-24
    2.5.1 几种常用无线技术的比较  22
    2.5.2 Wi-Fi 技术  22-23
    2.5.3 蓝牙  23
    2.5.4 UWB 技术  23
    2.5.5 射频识别（RFID）技术  23-24
  2.6 ZIGBEE 技术简介  24-28
    2.6.1 ZigBee 网络拓扑及协议栈体系结构  26-28
  2.7 本章小结  28-29
第三章动态称重系统原理及设计  29-49
  3.1 引言  29
  3.2 动态称重系统设计  29-48
    3.2.1 悬臂梁式称重传感器  30-31
    3.2.2 模数转换器CS5532  31-35
    3.2.3 数字温度传感器AD7416  35-39
      3.2.3.1 AD7416 寄存器结构  37-38
      3.2.3.2 AD7416 工作方式选择  38
      3.2.3.3 AD7416 硬件电路设计及软件设计方法  38-39
    3.2.4 ATmega168 微控制器设计  39-42
      3.2.4.1 ATmega168 单片机简介  39-40
      3.2.4.2 编程语言选择及调试环境  40-41
      3.2.4.3 ATmega168 硬件电路  41-42
    3.2.5 RS-485 总线  42-44
      3.2.5.1 RS-485 网络配置  42-43
      3.2.5.2 RS-485 硬件电路  43-44
    3.2.6 称重系统从机板总结  44-45
    3.2.7 称重系统主板接口  45-48
      3.2.7.1 电源电路及RS-485 收发器  46-47
      3.2.7.2 RS232 通信接口电路  47-48
  3.3 本章小结  48-49
第四章无线传感器网络原理及设计  49-66
  4.1 引言  49
  4.2 ZIGBEE 协议栈结构和原理  49-56
    4.2.1 ZigBee 协议栈概述  49-50
    4.2.2 IEEE 802.15.4 通信层  50
      4.2.2.1 物理层  50
      4.2.2.2 MAC 子层  50
    4.2.3 ZigBee 网络层  50-54
    4.2.4 ZigBee 应用层  54-56
      4.2.4.1 应用支持子层（APS）  55
      4.2.4.2 应用层架构（AF）  55-56
      4.2.4.3 ZigBee 设备对象（ZDO）  56
  4.3 终端节点的设计  56-62
    4.3.1 基于RSSI 定位技术的CC2431 芯片  56-62
      4.3.1.1 CC2431 的主要特点  56-57
      4.3.1.2 CC2431 的硬件电路设计  57-59
      4.3.1.3 CC2431 的基于RSSI 的定位原理  59-62
  4.4 无线传感器网络ZIGBEE 节点的编程  62-65
  4.5 本章小结  65-66
第五章实验及实验分析  66-74
  5.1 引言  66
  5.2 动态称重系统实验及分析  66-70
    5.2.1 动态称重实验环境部署  66-67
    5.2.2 速度的计算  67
    5.2.3 数据的采集及误差  67-70
  5.3 无线网络传感器测试及分析  70-73
    5.3.1 定位引擎参数确定  70-72
      5.3.1.1 参数A 的计算  70
      5.3.1.2 衰减系数n_index 的计算  70-72
    5.3.2 定位精度测试  72-73
  5.4 本章小结  73-74
第六章总结与展望  74-76
  6.1 结论  74
  6.2 展望  74-76
致谢  76-77
参考文献  77-80
在学期间的研究成果及发表的学术论文  80

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