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具有ZigBee无线通信功能的数据采集系统设计

作　者: 王宏伟
导　师: 李双全
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 无线传感网络 ZigBee 数据采集 上位机
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 38次
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内容摘要


近年来，无线传感网络技术逐渐与人们的生活和工作息息相关，在许多领域得到较好的应用。ZigBee做为一种新兴的短距离无线通信技术主要应用在自动和远程控制领域。另外，数据采集技术作为信息科学技术重要的一部分，也越来越受到关注。本文将ZigBee与数据采集技术相结合，实现ZigBee无线通信技术在数据采集系统中的基本应用。无线数据采集系统的硬件设计包括协调器节点和终端节点两部分。协调器节点的硬件设计包括无线通信数据接收电路的实现；微处理器通过串口与上位机进行交互电路的实现。终端节点的硬件设计包括信号采集电路的设计，采集的信号主要有PT100热电阻、K型热电偶、PN结、工业现场标准输入电流(4~20mA)和工业现场标准输入电压(1~5V)；放大电路实现对采集到的微小信号进行放大；利用A/D转换电路对放大后的信号处理并传送至终端节点的微处理器；通过无线传输方式将数据发送至协调器节点。无线数据采集系统的软件设计由下位机和上位机两部分组成。下位机软件包括协调器软件和终端节点软件。协调器节点和终端节点的初始化工作都包括微处理、协议栈、串口的初始化、中断使能。另外，协调器节点还需要实现建立网络、数据的接收；终端节点要实现加入网络、数据采集和对模拟量的A/D转换和对数据进行线性化处理。编写上位机应用程序用来显示被测量，实现与数据采集系统的交互。通过对硬件电路、组网能力、通信能力的测试可以看出，将ZigBee技术应用到无线数据采集系统中具有一定的可行性，该系统的优点是稳定性强、外围电路简单、具有良好的传输速率、数据传输可靠。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 课题背景及研究意义  10-11
  1.2 国内外的发展现状  11-12
    1.2.1 国内外数据采集技术的发展现状  11
    1.2.2 国内外短距离无线技术的发展现状  11-12
  1.3 ZigBee 体系结构  12-16
  1.4 论文的主要工作  16-18
第2章 数据采集系统的总体设计方案  18-24
  2.1 系统硬件设计概述  18-21
    2.1.1 ZigBee 网络拓扑结构  18-20
    2.1.2 系统的整体结构和功能  20-21
  2.2 协调器节点硬件总体设计方案  21
    2.2.1 无线传输模块  21
    2.2.2 通信接口模块  21
    2.2.3 电源模块  21
  2.3 终端节点硬件总体设计方案  21-22
    2.3.1 信号采集模块  21
    2.3.2 A/D 转换模块  21-22
    2.3.3 冷端补偿模块  22
  2.4 系统软件总体设计方案  22-24
    2.4.1 协调器节点软件总体设计方案  22-23
    2.4.2 终端节点软件总体设计方案  23
    2.4.3 上位机软件总体设计  23-24
第3章 数据采集系统的硬件设计  24-39
  3.1 终端节点硬件电路设计  24-36
    3.1.1 CC2530 应用电路设计  24-26
    3.1.2 PT100 热电阻电路设计  26-30
    3.1.3 K 型热电偶电路设计  30-32
    3.1.4 冷端补偿电路设计  32-34
    3.1.5 标准电压和电流信号电路设计  34
    3.1.6 A/D 转换电路设计  34-35
    3.1.7 电源电路设计  35-36
  3.2 协调器节点硬件电路的设计  36-39
    3.2.1 CC2530 应用电路设计  36-37
    3.2.2 RS-232 电路设计  37-39
第4章 数据采集系统的软件设计  39-61
  4.1 Z-Stack  39-43
    4.1.1 Z-Stack 结构  39-40
    4.1.2 OSAL 任务调度  40-43
  4.2 ZigBee 服务原语  43-44
  4.3 ZigBee 帧结构  44-46
  4.4 协调器节点软件设计  46-51
    4.4.1 初始化程序设计  47
    4.4.2 建立网络程序设计  47-49
    4.4.3 数据接收程序设计  49-50
    4.4.4 自定义串口通信协议  50-51
  4.5 终端节点软件设计  51-58
    4.5.1 初始化程序设计  52
    4.5.2 加入网络程序设计  52-54
    4.5.3 A/D 转换程序设计  54-55
    4.5.4 数据发送程序设计  55-56
    4.5.5 数据处理程序设计  56-58
  4.6 上位机软件设计  58-61
第5章 系统测试  61-64
  5.1 硬件测试  61
  5.2 组网测试  61-62
  5.3 节点通信能力测试  62-64
结论  64-65
参考文献  65-68
攻读学位期间发表的学术论文  68-69
致谢  69

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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 > 数据收集和处理系统
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