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基于ZigBee技术的无线传感器节点在煤矿安全监测中的预研究

作 者: 赵智慧
导 师: 李冶
学 校: 吉林大学
专 业: 测试计量技术及仪器
关键词: ZigBee技术 PIC18LF4620 监测 煤矿安全 瓦斯浓度
分类号: TP277
类 型: 硕士论文
年 份: 2008年
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内容摘要


ZigBee是部署无线传感器网络(Wireless Sensor Network:WSN)的新技术。它是一种短距离、低速率无线网络技术,是一种介于无线标记技术和BlueTooth(蓝牙)之间的技术提案。ZigBee采用一般IEEE 802.15.4收发器技术与ZigBee协议栈的组合,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量,以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器,所以它们的通信效率非常高,将此项技术应用到各种实际中是当前的国际热点。论文对Microchip公司提供的公开免费的ZigBee协议栈进行了研究,将ZigBee技术具体的应用到了煤矿安全监测中。简要介绍了该系统的工作原理及设计思想,通过各个不同的传感器终端节点监测矿井的安全。终端节点由两部分构成,一部分是完成检测数据的传感器模块,另一部分是完成通信的无线收发模块。在设计的监控系统中,基于LabWindows/CVI及VC环境开发了矿井安全监测系统的演示软件,实现了传感器节点的系统集成及煤矿安全的远程监控。节点可以定时触发的方式,将传感器采集的信息像接力一样转发送到监控中心。论文在研制的系列节点基础上给出了系统构建的实验模型。通过实践论证,采用Microchip ZigBee技术协议栈可以较容易的实现应用系统的构建,充分体现了无线传感器网络技术的优势。

全文目录


内容提要  4-7
第1章 绪论  7-12
  1.1 矿井安全监测系统的发展概况  7
  1.2 基于ZIGBEE 技术解决方案的提出  7-8
  1.3 ZIGBEE 技术的国内外研究现状  8-9
    1.3.1 国外研究现状  8
    1.3.2 国内研究现状  8-9
  1.4 论文研究意义  9-10
  1.5 本文主要研究内容  10-12
第2章 无线通信技术ZIGBEE 标准  12-19
  2.1 ZIGBEE 标准概述  12-17
    2.1.1 ZigBee 技术  12
    2.1.2 ZigBee 与其他无线通信技术的比较  12-13
    2.1.3 IEEE802.5.4 简介  13-14
    2.1.4 设备类型  14
    2.1.5 网络配置  14-16
    2.1.6 数据传输机制  16
    2.1.7 数据帧的定义  16-17
  2.2 MICROCHIP 协议栈  17-19
    2.2.1 Microchip 协议栈的架构  17-18
    2.2.2 Microchip 协议栈的特点  18
    2.2.3 最新版Microchip 协议栈的不足和改进  18-19
第3章 矿井安全监测系统的总体设计  19-22
  3.1 矿井安全监测系统构建目标  19-20
  3.2 基于ZIGBEE 应用系统的总体设计方案  20-21
  3.3 关键技术分析  21-22
第4章 节点硬件模块的研制  22-41
  4.1 节点模块研制总体概述  22-23
  4.2 全功能设备节点(FFD)的研制  23-27
    4.2.1 主控模块  23-25
    4.2.2 射频模块  25-26
    4.2.3 主控模块与射频模块的连接  26-27
  4.3 精简功能设备节点(RFD)的研制  27-33
    4.3.1 RFD 的硬件体系架构  27-28
    4.3.2 瓦斯传气体感器终端节点的研制  28-30
    4.3.3 温度传感器终端节点的研制  30-31
    4.3.4 人体红外感应终端节点的研制  31-33
  4.4 嵌入式MICROCHIP 协议栈的设计与实现  33-39
    4.4.1 Microchip 协议栈简介  33-35
    4.4.2 Microchip 协议栈中的主要改动  35-36
    4.4.3 节点模块的固件程序  36-39
  4.5 本章小结  39-41
第5章 矿井安全监测演示软件的设计  41-48
  5.1 演示软件设计概述  41
  5.2 基于LABWINDOWS/CVI 的监测软件  41-42
  5.3 基于VC 的演示软件的开发  42-47
    5.3.1 串口通信  43-45
    5.3.2 数据库技术  45-47
    5.3.3 VC 平台下调用DLL 动态链接库实现系统的集成  47
  5.4 本章小结  47-48
第6章 演示系统实验  48-54
  6.1 节点设计实物  48
  6.2 微型监测系统的构建及实验结果  48-52
    6.2.1 演示系统的构建  48-49
    6.2.2 实验演示过程  49-51
    6.2.3 节点的性能测试结果  51-52
  6.3 ZIGBEE 技术在矿井安全监测系统中的应用研究  52-53
    6.3.1 应用意义  52
    6.3.2 矿井安全监控系统需要重视的问题  52-53
  6.4 本章小结  53-54
第7章 全文总结  54-56
  7.1 研究工作总结  54
  7.2 进一步研究建议  54-56
参考文献  56-58
详细摘要  58-60
Abstract  60-62
致谢  62

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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 > 监视、报警、故障诊断系统
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