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基于Contiki操作系统的无线传感器网络节点的设计与实现

作　者: 盛李立
导　师: 王忠
学　校: 武汉工程大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 无线传感网络节点 Contiki操作系统 GPRS MAC
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

随着社会的发展，无线传感器网络的应用也越来越广泛。本文以广州移动的无线传感器网络节点开发及组网应用项目为背景，以设计并实现一款性能高效并且低功耗的传感器节点为目的，通过对项目需求的详细分析，分别从硬件和软件两个方面提出了相应的解决方案。在硬件方面，本文采用德州仪器公司的16位低功耗MSP430F1611芯片和Chipcon公司的CC1100射频芯片来设计并实现一款无线传感器网络节点。首先对节点硬件部分的电路按照低功耗的要求进行设计，介绍主流芯片的特点并且进行比较和分析，最终确认板级芯片的型号和硬件架构，在此基础上，对板级电路参考相关数据手册进行详细的电路设计，最后设计并实现了通信连接模块GPRS的电路。在软件方面，本文采用开放源代码的Contiki无线传感器网络操作系统。首先对Contiki操作系统的内核进行研究，接着对Contiki操作系统的移植技术进行深入分析，采用层次化和模块化的方法成功将此操作系统移植到MSP430F1611硬件平台，在此基础上，针对实际应用中需要的三大功能模块进行设计，即GPRS无线通信模块、无线网状网以及树型组网的实现，并且针对系统的功耗的要求，修改了Contiki操作系统的MAC层协议，同时为了方便使用和调试设计并实现了交互式的命令行应用模块。最后针对所设计的无线传感器网络节点进行相应的功能测试，即邮件功能测试、网络组网测试。将传感器数据通过GPRS发送到远程数据管理系统并上传到后台服务器，经过组网测试，上述方案取得了良好的效果，完成了预期目标。试验结果表明本文给出的无线传感器网络节点设计具有一定的实用价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 引言  9-10
  1.2 无线传感网络节点的研究意义及国内外研究现状  10
  1.3 无线传感器网络节点设计的难点及解决方案  10-12
  1.4 论文研究的主要内容  12-15
第2章传感器节点的总体设计  15-31
  2.1 典型 WSN 节点硬件平台的组成  15-16
  2.2 整体方案设计  16-18
  2.3 各模块的设计与实现  18-31
    2.3.1 处理器部分电路  18-20
    2.3.2 存储器  20-21
    2.3.3 时钟电路  21-22
    2.3.4 节点身份设计  22-23
    2.3.5 无线通信接口电路  23-24
    2.3.6 供电电路设计  24-26
    2.3.7 JTAG 接口  26-27
    2.3.8 串口电路  27-29
    2.3.9 传感器网关节点 GPRS 接口模块的设计  29-31
第3章基于 Contiki 的无线传感器网络操作系统设计  31-61
  3.1 传感器节点操作系统的选型  31-32
  3.2 Contiki 内核及移植方案设计  32-61
    3.2.1 Contiki 内核研究  32-43
      3.2.1.1 浅探 Event-Driven 模型  34-38
      3.2.1.2 浅探 protothread 进程控制模型  38-42
      3.2.1.3 RIME 通信协议栈  42-43
    3.2.2 Contiki 源代码结构  43-44
    3.2.3 Contiki 操作系统移植方案及其实现  44-59
    3.2.4 Contiki 操作系统的 MAC 层协议  59-61
第4章系统测试及应用  61-67
  4.1 EM310 模块邮件功能测试  61-62
  4.2 网络功能的测试  62-66
  4.3 系统总体性能总结  66-67
第5章结论与展望  67-69
  5.1 设计与研究工作总结  67-68
  5.2 对未来工作的展望  68-69
参考文献  69-73
攻读硕士学位期间发表的论文  73-75
致谢  75

基于Contiki操作系统的无线传感器网络节点的设计与实现

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