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基于WSN的城市污水监测系统的节点软件设计

作　者: 郑通通
导　师: 齐华; 耿俊杰
学　校: 西安工业大学
专　业: 控制工程
关键词: 城市生活污水监测 ZigBee GPRS MSP430 CC2530
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着人口数目迅速的增长、国民经济的飞速发展,随之而来的是自然环境的日益枯竭,城市生活污水的水量也不断增加,会对下游水体产生较大的影响。在这种情况下,我们就必须采取措施来加大对城市生活污水的监测力度,来改善不断恶化的城市生活污水环境。针对现有城市生活污水环境监测手段的不足之处,本文将ZigBee技术应用于城市生活污水环境监测中,传感器节点可以对城市生活污水环境的PH值数据进行长期实时在线监测。节点之间组建ZigBee网络,并最终通过多跳传输把城市生活污水的PH值发送到无线网关上,由无线网关通过GPRS技术传输到监测中心。本文主要研究了IEEE802.15.4标准以及ZigBee2007协议,分析并掌握了其组成结构,设计并编写了而向城市生活污水环境监测的节点软件部分,节点软件主要包括传感器节点软件部分和无线网关节点软件部分。本文主要利用ZigBee2007协议栈的API函数完成下端ZigBee网络的组建和数据传输,并通过编写传感器节点数据采集程序完成PH值数据的采集,并通过AT指令控制GPRS模块实现采集数据的远程传输。节点的软件设计完成后,通过在实验室搭建一个小型的系统平台,分别对无线网关节点的组网、ZigBee通信质量和GPRS专输进行了测试。由测试结果可以看出,本文设计的软件能够顺利完成城市生活污水PH值参数的采集、传输和处理的目标,软件能够满足在实际应用中的要求,设计结构合理,并在设计过程中充分的考虑了软件扩展性,软件运行稳定可靠。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
1 绪论  9-15
  1.1 论文研究背景  9-12
    1.1.1 城市生活污水监测技术国内外研究现状  9-11
    1.1.2 面向城市生活污水监测的WSN应用现状  11-12
    1.1.3 研究的目的与意义  12
  1.2 无线传感器网络概述  12-13
    1.2.1 无线传感器网络结构  12-13
    1.2.2 无线传感器网络的特点  13
  1.3 无线传感器网络协议栈  13-14
  1.4 本论文的主要研究内容  14-15
2 ZigBee与GPRS无线通信技术  15-27
  2.1 常用的无线通信技术  15-16
  2.2 ZigBee无线通信技术  16-18
    2.2.1 ZigBee的技术特征  16-17
    2.2.2 ZigBee网络拓扑结构  17-18
  2.3 GPRS无线通信技术  18-20
    2.3.1 GPRS Modem  19
    2.3.2 GPRS通信方式的优点  19-20
    2.3.3 AT指令  20
  2.4 ZigBee 2007协议栈  20-23
    2.4.1 协议栈体系结构  20-22
    2.4.2 服务原语  22-23
  2.5 基于ZigBee网络的系统总体结构设计  23-26
    2.5.1 传感器节点系统结构设计  24-25
    2.5.2 无线网关节点系统结构设计  25-26
  2.6 本章小结  26-27
3 节点硬件结构及设计  27-32
  3.1 硬件平台总体设计要求  27
  3.2 节点硬件芯片选型  27-30
    3.2.1 无线收发芯片选型  27-28
    3.2.2 传感器选型  28-29
    3.2.3 GPRS Modem选型  29
    3.2.4 主处理器选型  29-30
  3.3 传感器节点硬件结构  30-31
  3.4 无线网关硬件结构  31
  3.5 本章小结  31-32
4 节点总体软件设计  32-45
  4.1 软件开发平台  32
    4.1.1 软件开发环境  32
    4.1.2 仿真器  32
  4.2 Z-Stack 2007体系架构  32-34
    4.2.1 Z-Stack 2007协议栈架构  32-33
    4.2.2 OSAL操作系统  33-34
  4.3 通信协议  34-36
    4.3.1 无线通信数据格式  34-35
    4.3.2 ZigBee数据发送方式  35-36
  4.4 节点软件总体框架设计  36-37
  4.5 传感器节点软件设计  37-40
    4.5.1 传感器节点软件设计思想  37
    4.5.2 传感器节点软件总体框架  37
    4.5.3 传感器节点软件设计流程  37-38
    4.5.4 传感器节点ZigBee通信设计  38-39
    4.5.5 传感器节点数据采集和存储程序设计  39-40
  4.6 无线网关节点软件设计  40-44
    4.6.1 无线网关节点软件设计思想  40
    4.6.2 无线网关节点软件总体框架  40
    4.6.3 无线网关节点软件设计流程  40-41
    4.6.4 无线网关节点ZigBee协调器模块软件设计  41-42
    4.6.5 无线网关节点主处理器模块软件设计  42-44
  4.7 本章小结  44-45
5 节点各功能模块软件实现  45-54
  5.1 传感器节点入网程序  45-46
  5.2 传感器节点采集程序  46-48
  5.3 传感器节点数据存储程序  48-51
  5.4 无线网关节点ZigBee组网程序  51-52
  5.5 无线网关节点GPRS通信程序  52-53
  5.6 本章小结  53-54
6 软件测试  54-63
  6.1 引言  54-55
  6.2 ZigBee协调器组网测试  55-58
    6.2.1 ZigBee组网实测  55-57
    6.2.2 ZigBee组网测试结果  57
    6.2.3 ZigBee通讯质量测试结果  57-58
  6.3 GPRS通信测试  58-60
    6.3.1 GPRS通信实测  58-59
    6.3.2 GPRS通信测试结果  59-60
  6.4 系统联调  60-61
  6.5 本章小结  61-63
7 总结与展望  63-65
  7.1 工作总结  63
  7.2 研究展望  63-65
参考文献  65-67
攻读硕士学位期间发表的论文  67-68
致谢  68-70

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