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基于无线传感技术的温室环境监测系统研究

作 者: 徐冬冬
导 师: 周建民
学 校: 华东交通大学
专 业: 机械制造及其自动化
关键词: 无线传感器网络 温室环境监测 ZigBee技术 Z-Stack协议栈
分类号: TP274
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 115次
引 用: 1次
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内容摘要


无线传感器网络技术综合了传感器、嵌入式计算、现代网络以及无线通信和分布式信息处理等技术,是当前国际上的前沿热点研究领域。把无线传感器网络应用到温室环境监测系统,实现自组织网络、无线数据传输和智能控制,可以有效地解决传统温室布线困难、组网复杂以及系统不易维护等缺点。同时,将无线传感器网络技术引入到农业生产中,对实现农业现代化也具有十分重要的意义。由于温室环境监测系统对功耗、成本以及稳定性等方面的要求非常高,因此本文选用具有低功耗、低成本、高稳定性等特点的ZigBee无线传感器网络技术,构建一套用于监测温湿度的温室无线传感器网络模型。论文首先介绍了ZigBee协议的构架和ZigBee网络,并对TI的Z-Stack协议栈的工作方式及主要工作流程作了深入研究。论文的主体围绕三个方面展开:系统的整体设计、节点硬件设计与节点软件设计。(1)根据温室环境监测的实际要求,本文提出了一种新型的基于ZigBee技术的温室环境监测系统解决方案,并给出了系统的整体结构。(2)无线传感器网络节点的硬件设计。从成本、功耗等多方面考虑,本文设计了一种以CC2430芯片为核心的节点结构,并对各个硬件组成部分作进行元器件选型和相关的外围电路设计。(3)基于Z-Stack协议栈,对无线传感器网络节点进行软件设计,主要包括组网程序设计、数据收发程序设计以及温湿度采集程序设计。论文的最后开展了对温室无线传感器网络的实验测试,主要包括:无线通信和组网测试、温湿度采集测试、丢包率测试以及功耗计算。实验结果表明本文设计的ZigBee温室环境监测系统解决方案是完全可行的。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
主要缩略词说明  9-10
第一章 绪论  10-16
  1.1 引言  10
  1.2 无线传感器网络技术概述  10-12
    1.2.1 无线传感器网络的特点  11-12
    1.2.2 无线通信协议  12
  1.3 无线传感器网络技术国内外研究现状  12-14
    1.3.1 国外研究现状  12-13
    1.3.2 国内研究现状  13-14
  1.4 主要研究内容  14-16
第二章 ZigBee协议及Z-Stack协议栈介绍  16-27
  2.1 引言  16
  2.2 ZigBee协议的构架  16-20
    2.2.1 ZigBee协议的物理层  17
    2.2.2 ZigBee协议的媒介接入控制层(MAC层)  17-18
    2.2.3 网络层  18-19
    2.2.4 应用层  19-20
  2.3 ZigBee网络简介  20-22
    2.3.1 ZigBee网络设备类型  20
    2.3.2 ZigBee网络拓扑结构  20-22
  2.4 Z-Stack协议栈  22-26
    2.4.1 Z-Stack协议栈架构分析  22-23
    2.4.2 Z-Stack工作流程  23
    2.4.3 系统初始化  23-24
    2.4.4 Z-Stack OSAL 任务  24-25
    2.4.5 路由协议  25-26
  2.5 本章小结  26-27
第三章 基于ZigBee的温室环境监测系统整体方案设计  27-30
  3.1 引言  27
  3.2 系统的设计要求  27
  3.3 ZigBee温室环境监测系统的总体方案  27-28
  3.4 系统主要工作流程  28-29
  3.5 本章小结  29-30
第四章 节点的硬件设计与实现  30-38
  4.1 引言  30
  4.2 节点的总体结构设计  30-31
  4.3 主要元器件介绍以及相关电路设计  31-36
    4.3.1 CC2430 芯片  31-33
    4.3.2 传感器模块  33-34
    4.3.3 USB接口电路  34-35
    4.3.4 电源模块  35-36
    4.3.5 调试接口  36
  4.4 本章小结  36-38
第五章 节点软件设计  38-49
  5.1 引言  38
  5.2 软件开发工具  38-39
  5.3 程序开发  39-48
    5.3.1 协调器节点的软件设计  39-42
    5.3.2 传感器节点的软件设计  42-47
    5.3.3 路由器节点软件设计  47-48
  5.4 本章小结  48-49
第六章 系统测试与结果分析  49-57
  6.1 引言  49
  6.2 无线通信和组网测试  49-52
  6.3 温湿度采集测试  52-53
  6.4 丢包率测试  53-55
    6.4.1 无障碍数据传输丢包率测试  54
    6.4.2 有障碍数据传输丢包率测试  54-55
  6.5 功耗计算  55-56
  6.6 本章小结  56-57
第七章 总结  57-59
  7.1 主要工作回顾  57
  7.2 后续研究工作的展望  57-59
参考文献  59-61
附录1 仿真器调试下载程序  61-62
附录2 花卉培养玻璃房实验现场  62-64
个人简历 在读期间发表的学术论文  64-65
致谢  65

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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 > 数据处理、数据处理系统
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