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基于TinyOS的无线传感器网络环境监测系统的研究与实现

作　者: 彭拓
导　师: 崔晓燕
学　校: 北京邮电大学
专　业: 信息与信号处理
关键词: 无线传感器网络 LabWindows/CVI TinyOS SHT11 温湿度
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

无线传感器网络是在微电子、无线通信和嵌入式系统等技术的快速进步中发展起来的一种新型网络。它能够实时监测、感知、采集和处理各种监测对象的信息,具有十分广阔的应用前景,是当前国际上备受关注的新兴前沿科技研究热点之一。环境监测是一类典型的无线传感器网络应用。通过使用由大量互联的传感器节点组成传感器网络,研究人员可以对感兴趣的环境进行不间断的高精度数据搜集。采用传感器网络进行环境监测相比传统的方法具有对环境影响小、分布密度高、实用性强等显著优势。本文针对无线传感器网络在环境监测方面的应用,设计并实现了一个实际的、可扩展的无线传感器环境监测系统。本文首先分析了无线传感器网络环境监控系统的用户需求和系统需求,并分析了系统的三个子系统(数据采集子系统、基站子系统以及信息实时显示子系统)的功能需求。接下来,研究比较了典型的无线传感器网络操作系统与传感器节点,并在此基础上确定了系统的软/硬件平台---TinyOS与TelosB。在软件方面,深入研究了基于nesC语言的TinyOS操作系统；在硬件方面,详细介绍了TelosB节点与SHT11传感器。最后,具体实现了系统的各个功能并进行了测试。数据采集子系统与基站子系统采用基于TinyOS的模块化编程,定义了数据包的格式与无线传输方式,编写了无线收发模块、数据采集模块、基站模块以及所采用的接口软件。对于信息实时显示子系统,用LabWindows编写了人机交互界面,完成了数据解析,环境参数值实时显示与超值告警等功能。论文的研究成果在一定程度上可以为相关科研项目或相关领域应用提供参考解决方案。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-18
  1.1 引言  10
  1.2 传感器网络的发展  10-12
  1.3 无线传感器网络的体系结构  12-15
    1.3.1 无线传感器网络结构  12-13
    1.3.2 传感器节点结构  13-14
    1.3.3 传感器网络的特征  14-15
  1.4 环境监测系统  15
  1.5 环境监测应用中的传感器网络体系结构  15-17
  1.6 课题内容与章节安排  17-18
第二章系统的需求分析  18-22
  2.1 用户需求  18
  2.2 系统需求  18-20
    2.2.1 硬件结构  18-19
    2.2.2 系统结构  19-20
  2.3 功能需求  20-22
    2.3.1 数据采集子系统  20
    2.3.2 基站子系统  20-21
    2.3.3 信息实时显示子系统  21-22
第三章系统的软件平台与硬件平台  22-46
  3.1 无线传感器网络操作系统  22-24
    3.1.1 无线传感器网络操作系统的特殊性  22-23
    3.1.2 无线传感器网络操作系统的设计需求  23
    3.1.3 无线传感器网络操作系统的设计思路  23-24
  3.2 典型无线传感器网络操作系统分析  24-28
    3.2.1 MantisOS  25-26
    3.2.2 Contiki  26
    3.2.3 EYES OS  26-27
    3.2.4 μc/OS Ⅱ  27
    3.2.5 总结  27-28
  3.3 TinyOS操作系统  28-40
    3.3.1 TinyOS体系结构  28-30
    3.3.2 nesC语言  30-31
    3.3.3 接口部分  31-32
    3.3.4 组件部分  32-35
      3.3.4.1 配置  32-34
      3.3.4.2 模块  34-35
    3.3.5 调度机制、数据竞争与全局属性  35-36
    3.3.6 TinyOS组件模型  36-39
    3.3.7 TinyOS通信模型  39-40
  3.4 无线传感网络硬件平台  40-46
    3.4.1 无线传感网络硬件平台选择  41-42
    3.4.2 TelosB节点介绍  42-43
    3.4.3 SHT11 温湿度传感器  43-46
      3.4.3.1 相对湿度的数据格式  44-45
      3.4.3.2 相对温度的数据格式  45-46
第四章各子系统的设计及实现  46-64
  4.1 数据采集子系统  46-55
    4.1.1 无线收发模块  46-52
      4.1.1.1 信息缓存结构  46-48
      4.1.1.2 发送信息  48-50
      4.1.1.3 接收信息  50-52
    4.1.2 数据采集模块  52-54
    4.1.3 无线收发模块与数据采集模块的结合  54-55
  4.2 基站子系统  55-59
    4.2.1 基站模块  55-57
    4.2.2 串口数据包格式解析  57-59
  4.3 信息实时显示子系统  59-63
    4.3.1 串行通信  59-60
    4.3.2 利用Labwindows/CVI实现串口通信  60-63
  4.4 小结  63-64
第五章系统测试  64-72
  5.1 系统搭建  64-69
    5.1.1 软件开发环境  64-66
    5.1.2 TinyOS目录结构  66-67
    5.1.3 ncc编译环境  67-68
    5.1.4 USB-Serial串口驱动程序  68-69
  5.2 系统测试与界面展示  69-72
第六章总结与展望  72-74
  6.1 本文总结  72
  6.2 进一步工作及展望  72-74
参考文献  74-76
致谢  76-77
攻读学位期间发表的学术论文  77

基于TinyOS的无线传感器网络环境监测系统的研究与实现

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