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基于ZigBee的CC2430无线自动抄表系统的研究与设计

作　者: 商莹
导　师: 冀小平
学　校: 太原理工大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: ZigBee 无线网络 CC2430 自动抄表 低功耗设计
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 349次
引　用: 6次
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内容摘要


随着科技的飞速发展,传统抄表技术已不再适合当今物业管理的需要,传统抄表技术存在着很多不利因素,无线自动抄表技术与其相比具有不入户、管理费用低、快速以及避免误抄、错抄等优点。自动抄表是指采用计算机技术和通信技术来自动读取和处理表数据的一种手段,是提高能耗管理部门自动化水平的需要,也是计算机技术和通信技术迅速发展的必然。本篇论文从基于ZigBee技术的无线抄表系统收发功能模块的研制入手,讨论在此领域ZigBee无线接入技术的特点及应用,以及具体相关模块的设计与功能实现。ZigBee是一种低速率、低功耗、短距离无线接入技术,是专为低速率传感器和控制网络设计的无线网络协议。与其它无线协议相比,ZigBee无线协议实现了低复杂性、减缩的资源要求,并且提供了一组标准的规范。它提供了三个工作频带,以及一些网络配置和可选的安全功能,是为低速率控制网络设计的标准无线网络协议。论文首先阐述了自动抄表市场的国内外发展概况,项目背景,介绍了ZigBee网络拓扑结构、ZigBee协议各层结构及其功能,以及CC2430等各种芯片。论文侧重于收发功能模块的设计和功能的软件实现。其中协调器节点和RFD(简化功能设备)节点均由CC2430芯片及外围电路所组成。论文完成了ZigBee通信模块的硬件设计、CC2430芯片版本测试软件的设计、ZigBee模块间通信软件的设计及抄表系统数据采集软件的设计。在完成了硬件的实现及软件设计的基础上完成了各软件部分的仿真调试。设计完成后,硬件和软件能够配合完成CC2430版本的测试、ZigBee模块间的通信及数据的采集等功能。ZigBee模块通信时首先协调器节点组建一个网络,然后RFD节点申请加入该网络,协调器节点和RFD节点能够实现网络信号的接收和发送。在设计过程中,我们充分考虑到硬件节点功耗低、成本低、体积小等要求。为减小节点体积,元件的外部封装都选用表面贴装元件。设计中利用Protel 99 SE电路板设计软件,首先绘制电路原理图,完成原理图后生成网络表,接下来进入实际布线过程,生成印制电路板。CC2430结合DSSS(直接序列扩频)射频收发器核心和8051控制器,其尺寸只有7×7mm。可实现将数字基带处理器,RF、模拟电路及系统存储器整合在同一个硅晶片上,能够提高性能并满足以ZigBee为基础的2.4GHz ISM波段应用对低成本,低功耗的要求。CC2430以其自身的优点可以应用于各个领域。

全文目录


摘要  2-4
ABSTRACT  4-10
第一章 绪论  10-14
  1.1 研究背景  10
  1.2 现有抄表方式及其比较  10-12
    1.2.1 智能卡水表  11
    1.2.2 有线自动抄表系统  11-12
  1.3 远程抄表的发展现状  12-13
  1.4 研究目的  13-14
第二章 ZIGBEE 技术及其应用介绍  14-26
  2.1 ZIGBEE 技术介绍  14-15
  2.2 ZIGBEE 技术的主要特征及其优点  15-17
    2.2.1 ZigBee 技术的主要特征  15
    2.2.2 ZigBee 技术的主要优点  15-17
  2.3 ZIGBEE 技术与其它短距离无线技术的比较  17-19
    2.3.1 红外( IrDA)  17-18
    2.3.2 Wi-Fi(802.11b 标准)  18
    2.3.3 家用射频( Home RF)  18
    2.3.4 蓝牙(Bluetooth)  18-19
  2.4 ZIGBEE 网络拓扑结构和路由  19-22
  2.5 ZIGBEE 网络安全  22-24
  2.6 ZIGBEE 技术的主要应用  24-25
  2.7 本章小结  25-26
第三章 ZIGBEE 网络协议栈结构  26-35
  3.1 ZIGBEE 协议栈概述  26
  3.2 ZIGBEE 与 IEEE802.15.4 的区别  26-27
  3.3 ZIGBEE 物理层  27-29
  3.4 介质访问层  29-31
  3.5 ZIGBEE 网络层  31-33
    3.5.1 网络层的概况  31-32
    3.5.2 网络层帧结构  32-33
  3.6 ZIGBEE 应用层  33-34
  3.7 本章小结  34-35
第四章 ZIGBEE 收发功能模块及实现  35-54
  4.1 整体介绍及主要实现的功能  35
  4.2 总体设计  35-38
    4.2.1 总体设计方案  35-36
    4.2.2 各个组成部分  36-38
  4.3 ZIGBEE 数据采集模块中各部分介绍  38-49
    4.3.1 ZigBee 模块  38-45
    4.3.2 智能键盘和LED 驱动显示模块  45-48
    4.3.3 USB 驱动  48-49
  4.4 电路板设计  49-50
  4.5 PROTEL 99 SE 及印制电路板  50-53
  4.6 设计中的难点  53
  4.7 本章小结  53-54
第五章 软件设计  54-71
  5.1 软件开发平台  54
  5.2 编译下载协议栈  54-56
  5.3 CC2430 芯片版本测试软件设计  56-59
  5.4 模块间通信软件设计  59-67
    5.4.1 RFD 节点主应用程序设计思想及流程  59-60
    5.4.2 协调器节点主应用程序设计思想及流程  60-62
    5.4.3 协调器的建网过程  62-65
    5.4.4 两模块间的通信  65-67
  5.5 数据采集软件设计  67-70
    5.5.1 软件流程  67-68
    5.5.2 数据采集部分程序  68-70
  5.6 本章小结  70-71
第六章 结论和展望  71-72
参考文献  72-75
致谢  75-76
攻读学位期间发表的学术论文目录  76

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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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