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基于ZigBee技术的工业数据采集系统设计及实现

作　者: 刘溯
导　师: 肖君军
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 物理电子学
关键词: ZigBee技术无线传感器网络嵌入式系统数据库技术
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

无线传感器网络是一种将大量小型的传感器部署在监测区域内,并通过无线通信方式进行数据传输和控制的网络系统。在工业生产、环境监控、智能家庭等很多方面都有着广泛的应用。无线传感器网络的进一步发展迫切需要一种低功耗、低成本的无线通信技术来协调和管理其数目众多、分布广泛的传感器节点。ZigBee技术正是为满足无线传感器网络的发展趋势而提出的一种无线通信方式,它几乎符合无线传感器网络的一切要求。本文在分析ZigBee的技术优势,了解IEEE802.15.4协议标准以及ZigBee核心协议栈构架的基础上,将ZigBee技术作为无线传感器网络的核心技术并开发出一套实用的数据采集系统。此系统可以解决在大型的工厂车间完成数据采集工作时的一些不便和问题,例如人力时间成本高、数据管理混乱、工业环境对人体造成伤害等。系统的设计和开发主要分为硬件平台设计,软件代码编写,以及PC操作界面设计三个部分。硬件方面的设计工作包括:(1)实现对应多种型号传感器的信号采集;(2)设计外部数据接口和供电模块等外围实用电路;(3)提高传感器节点对周围复杂环境信号的适应性,为无线传感器网络搭建了功能可靠的硬件平台。软件部分的工作主要是在掌握ZigBee2007协议栈的运行机制的基础上,实现无线网络的组建和分布节点的数据上传。对单节点及多节点网络温度传感数据的初步测试表明系统能够较好完成无线数据采集。最后,设计了PC机上的操作界面和数据管理中心。通过此管理中心可以对ZigBee网络上传来的数据进行读取、删除、更改等操作,而且还设有用户登录识别,确保数据的安全性和便利的可查性。通过本文设计的系统,数据采集人员可以在办公室中方便的查看并管理整个传感器网络的数据,实现对工业环境下传感器节点安全快捷的远程实时监控。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-14
  1.1 引言  8
  1.2 ZigBee技术概述  8-10
    1.2.1 ZigBee技术特点  9
    1.2.2 ZigBee技术的应用场合  9-10
  1.3 论文背景与研究内容  10-12
    1.3.1 国外研究情况  10-11
    1.3.2 国内研究情况  11-12
  1.4 本论文的主要工作内容  12-13
  1.5 本论文的组织结构  13-14
第2章 ZigBee传感器网络硬件平台的设计  14-24
  2.1 传感器数据采集单元电路设计  14-16
  2.2 供电单元电路设计  16-19
  2.3 无线模块UART单元电路设计  19-22
  2.4 ZigBee节点与PC数据接口单元电路设计  22-23
  2.5 本章小结  23-24
第3章无线传感器网络功能的实现  24-34
  3.1 ZigBee协议栈运行机制分析  24-25
  3.2 主协调器应用程序的实现  25-29
    3.2.1 能量扫描  25-26
    3.2.2 初始化并建立ZigBee网络  26-29
    3.2.3 接入分布终端和数据的收发  29
  3.3 分布终端应用程序的实现  29-32
    3.3.1 发现网络  30
    3.3.2 与协调器建立连接  30-31
    3.3.3 数据传输  31-32
  3.4 提高ZigBee网络低功耗性能问题的分析  32-33
  3.5 本章小结  33-34
第4章系统性能测试与结果分析  34-44
  4.1 单个设备电气性能测试  34-35
  4.2 单节点网络性能测试  35-38
  4.3 多节点网络性能测试  38-43
  4.4 本章小结  43-44
第5章 ZigBee网络数据采集平台的设计  44-51
  5.1 应用VC6.0 设计平台界面  44-45
  5.2 用户登录模块的设计  45-46
  5.3 数据显示模块的设计  46-50
  5.4 本章小结  50-51
结论  51-53
参考文献  53-58
致谢  58

基于ZigBee技术的工业数据采集系统设计及实现

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