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基于无线网络分析仪器在线升级的设计与实现

作　者: 周永
导　师: 王健
学　校: 杭州电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 无线网络水质分析仪器软件远程升级小容量Flash 单片机
分类号: TP216.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 51次
引　用: 1次
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内容摘要

随着物联网浪潮的袭来,无线通信方式作为物联网中网络层必将成为未来社会最为主要的通信方式之一,面对种类繁多的无线通信方式,如何选择一种或几种合适的无线网络应用于实际产品中,也是一项比较重要的工作。作为物联网的传感层——水质分析仪器,为了能够满足随时随地改变需求及更新软件缺陷,为了方便仪器的日常维护工作,其软件远程升级功能也是必不可少的。本文以对水质分析仪器的研制为背景,以解决水质分析仪器软件远程升级瓶颈、提升仪器性能为主要目标,结合实际产品开发中遇到的困难,详细介绍了实现升级系统的完整过程。通过阅读文献资料,结合自己的想法,在第一章中主要介绍了本课题的研究背景、研究意义及主要工作。在第二章中,详细的介绍了各种无线网络的种类及主要标准,展望了未来无线网络的发展趋势,并通过比较各种无线网络的优缺点,结合实际情况选出了两种适合的无线通信方式。然后介绍了在线升级的基本原理,包括Bootloadr的概念,Flash存储器如何实现在线升级,以及Freescale单片机的S19升级文件的格式。要完成一个完整的远程升级系统,通信链路是第一位需要完成的,所以第三章分为了两大部分有对比的介绍了两种无线通信方式GPRS和ZIGBEE。本章第一部分首先介绍了TI公司开发的一款低功耗的射频芯片CC2430,通过分析Z-Stack协议栈实现了应用层软件,用于ZIGBEE通信网络的建立,随后测试了各种通信指标,包括通信压力、高低温环境、通信距离、穿透能力、功耗等方面的测试。本章第二部分介绍了GPRS的特点,通过配置GPRS模块实现了其通信链路,同时也测试了其通信能力,同时通过学习C#语言,编写了上位机界面辅助软件远程升级。最后将两种通信方式做了详细的比较,证明了其能达到设想的通信要求。至此,整个升级系统的通信网络已经构建完毕。目前成熟的升级方式大多拥有充足的硬件资源,那么实现升级就显得游刃有余,而当前大多水质分析仪器均采用16位甚至是8位单片机,当然要完成可靠的升级就显得非常困难,因此本文第四章首先介绍了Bootloader和Flash的在线可编程功能,随后详细介绍了当今主流软件升级的实现方法,分析了其优缺点,随后针对实际产品开发中遇到的困难,基于飞思卡尔8位单片机,提出了小容量单片机软件升级的设计模型并予以软件实现。最终在第五章,并测试了远程升级功能,完成整个升级系统。本文建立了一个完整的基于无线网络的升级系统,特别的解决了小容量单片机升级难题,对水质分析仪器功能完善起到巨大的推动作用。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章绪论  11-14
  1.1 课题研究的背景与意义  11-12
  1.2 课题的研究现状  12-13
  1.3 本论文的主要工作  13-14
第2章基于无线网络的在线升级原理  14-22
  2.1 无线网络的种类  14-15
    2.1.1 无线个人网  14
    2.1.2 无线局域网  14
    2.1.3 无线城域网  14-15
  2.2 无线网络的主要标准  15-17
    2.2.1 蓝牙技术  16
    2.2.2 ZIGBEE  16
    2.2.3 HomeRF  16
    2.2.4 WiMAX  16-17
    2.2.5 GPRS 技术  17
    2.2.6 3G 技术  17
  2.3 在线升级的基本原理  17-21
    2.3.1 Bootloader  17-18
    2.3.2 Flash 存储器  18
    2.3.3 Flash 存储器的特性  18-19
    2.3.4 Flash 存储器编程的基本概念  19
    2.3.5 Flash 存储器的编程模式  19
    2.3.6 Freescale 单片机S19 升级文件  19-21
  2.4 无线网络的选型及升级系统的构建  21
  2.5 本章小结  21-22
第3章无线网络实现  22-48
  3.1 基于ZIGBEE 无线网络的实现  22-36
    3.1.1 CC2430 芯片特点  22
    3.1.2 ZIGBEE 协议栈Z-Stack 使用方法  22-29
    3.1.3 ZIGBEE 通信实验  29-32
    3.1.4 ZIGBEE 通信测试  32-36
  3.2 基于GPRS 无线网络的实现  36-47
    3.2.1 GPRS 的特点  36-37
    3.2.2 GPRS 通信网络的实现  37-40
    3.2.3 GPRS 通信测试  40-41
    3.2.4 GPRS 上位机升级系统  41-47
  3.3 ZIGBEE 网络与GPRS 网络的比较  47
  3.4 本章小结  47-48
第4章嵌入式软件升级的实现  48-63
  4.1 大容量存储器Bootloader 实现  48-51
    4.1.1 升级可靠性的考虑  48-49
    4.1.2 升级方案  49-50
    4.1.3 该升级方案的优点与不足  50-51
  4.2 小容量存储器Bootloader 实现  51-61
    4.2.1 测量板硬件设计  51
    4.2.2 MC9S08AW32 单片机  51-52
    4.2.3 Flash 操作方法  52-55
    4.2.4 提出小容量存储器升级方案  55-56
    4.2.5 该方案的优点与不足  56
    4.2.6 升级的实现代码  56-61
  4.3 应用程序设置  61-62
    4.3.1 中断向量重定义表  61-62
    4.3.2 PRM 配置信息  62
  4.4 本章小结  62-63
第5章基于无线网络在线升级系统  63-67
  5.1 下位机的升级准备  63
  5.2 上位机升级步骤  63-65
  5.3 升级结果验证  65-66
  5.4 本章小结  66-67
第6章总结与展望  67-69
  6.1 工作总结  67
  6.2 工作展望  67-69
致谢  69-70
参考文献  70-73
附录  73-74
详细摘要  74-77

基于无线网络分析仪器在线升级的设计与实现

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