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无线传感器网络节点设计及Delphi监控软件开发

作　者: 宋杰
导　师: 陆原
学　校: 河北大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无线传感器网络 ZigBee技术 Delphi管理软件
分类号: TP212.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 151次
引　用: 4次
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内容摘要


针对供电系统某些高压场合的温度不宜采用有线检测的问题[1],本课题开发了一种基于ZigBee技术的无线温度传感器网络系统。无线传感器网络(Wireless Sensor Network)综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络技术以及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术,能够协同地实时地监测、感知和采集网络覆盖区域中各种监测对象的信息,并对其进行处理,处理后的信息通过无线方式发送,并以自组多跳的网络方式传送给监控者。ZigBee技术作为一种新兴的短距离、低速率无线网络技术,是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术方案。它有自己的无线电标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信[2]。论文分别从无线传感器网络的系统架构、硬件设计、软件编程和上层界面设计几方面进行详细系统的阐述了基于ZigBee技术的无线温度传感器网络系统的开发过程。首先介绍了无线传感器网络的发展现状以及ZigBee技术的概念、体系结构、特征以及应用领域。文章归纳了几种与ZigBee技术平行的短程无线连接技术,通过比较阐述了ZigBee技术在无线传感器网络中的优势。然后针对ZigBee技术的通信规范,对ZigBee的协议栈进行分析,详细介绍ZigBee的协议栈每层为其上层提供的一套服务功能,以及采用CSMA-CA(载波检测多路访问冲突避免机制)算法的2.4GHz高频频段的扩频通信原理。论文重点介绍了基于ZigBee技术的无线温度传感器网络系统节点的硬件设计,系统节点主要包括由SPI总线控制的无线射频芯片QRF-0400,I2C总线控制的硬时钟芯片PCF8563,以及单总线控制的温度传感器。详细分析了各节点中单片机通过对SPI总线、I2C总线、RS232总线以及单总线器件的控制,让不同的总线器件充分发挥各自的优势,并且给出了无线传感器系统的主、从机软件工作流程。论文最后介绍用Delphi开发了具有温度数据显示、告警、历史数据提取功能的主机用户管理软件,并进行了工作总结和展望。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章 引言  9-12
  1.1 选题背景及其意义  9-11
    1.1.1 无线传感器网络体系结构  9-10
    1.1.2 传感器节点结构  10-11
    1.1.3 传感器网络协议栈  11
  1.2 课题主要特点  11-12
第2章 IEEE 802.15.4/Zigbee协议栈  12-21
  2.1 Zigbee技术概述  12-13
  2.2 IEEE 802.15.4 短距离无线通信标准  13-15
    2.2.1 物理层  13-14
    2.2.2 MAC层（介质接入控制子层）  14-15
    2.2.3 ZigBee与IEEE 802.15.4 的区别  15
  2.3 ZigBee技术  15-21
    2.3.1 ZigBee网络拓扑结构  15-16
    2.3.2 ZigBee网络体系结构  16-17
    2.3.3 ZigBee网络的特点  17-19
    2.3.4 ZigBee网络通信原理  19-21
第3章 无线传感器网络节点硬件设计  21-34
  3.1 系统总体架构  21
  3.2 发射系统  21-30
    3.2.1 PIC16F648A  22-24
    3.2.2 QRF-0400  24-27
    3.2.3 PCF8563  27-28
    3.2.4 DS18B20  28-30
  3.3 系统硬件设计  30-34
    3.3.1 89C52  30-31
    3.3.2 LM1117  31-32
    3.3.3 RS232  32-34
第4章 无线传感器网络节点软件设计与电路调试  34-52
  4.1 编译环境  34-35
    4.1.1 发射系统编译仿真环境  34-35
    4.1.2 发射系统编译仿真环境  35
  4.2 QRF0400 无线通信功能及程序设计  35-38
    4.2.1 SPI总线规范  35-36
    4.2.2 单片机控制QRF-0400  36-38
  4.3 PCF8563 时钟模块功能及程序设计  38-46
    4.3.1 I~2C总线规范  39-40
    4.3.2 单片机控制PCF8563  40-46
  4.4 DS18B20 测温模块功能及程序设计  46-50
    4.4.1 单总线规范  46-47
    4.4.2 单片机控制DS18B20  47-50
  4.5 发射、接收系统固件程序流程  50-52
第5章 无线传感器网络管理软件的开发  52-58
  5.1 Delphi简介  52
  5.2 Delphi的特点  52-53
  5.3 SPComm控件在Delphi7.0 串口通信中的应用  53-58
    5.3.1 SPComm通信控件的安装  54
    5.3.2 SPComm的属性  54-55
    5.3.3 SPComm的方法  55
    5.3.4 SPComm的事件  55
    5.3.5 SPComm串口通信的实现  55-58
第6章 总结与展望  58-60
参考文献  60-62
附录1  62-64
附录2  64-66
致谢  66-67
攻读学位期间取得的科研成果  67

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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 > 自动化元件、部件 > 发送器（变换器）、传感器 > 传感器的应用
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