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基于ZigBee技术的测控网络设计

作　者: 郭海乐
导　师: 杨唐胜
学　校: 湖南大学
专　业: 仪器科学与技术
关键词: 无线传感器网络 测控网络 ZigBee 温度控制 USB
分类号: TN929.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


测控技术在现代科学技术、工业生产和国防等诸多领域中应用广泛。无线测控网络是将测控系统中各种地域分散的基本功能单元经无线网络连接起来，实现采集数据及控制命令的无线传输。无线网络能够轻易的应用到有线网络不能够覆盖的地方，它是有线的重要补充。无线传感器网络是一种新兴的由无线传感节点构成的无线局域网，主要实现节点间的数据传递；它具有组网迅速、方便、性能稳定和可靠等优点；它能够应用于无线测控网络。ZigBee技术是无线传感器网络的首选。本文主要研究基于ZigBee技术的无线传感器网络，并将其应用在磁传感器测试仪测控系统中，实现了星形和树形无线测控网络的组建。磁传感器测试仪无线测控系统的设计包括：协调器节点、路由节点、温度测控终端节点、磁传感器测试仪终端节点、USB接口模块、温度测控模块的硬件设计和软件设计，上位机界面设计和远程监测程序设计。本项目采用“飞比”CC2530射频核心板作为ZigBee节点的硬件开发平台，并在外围扩展了基于CH375的USB接口模块，实现了PC与协调器节点之间的USB接口通信；扩展了温度控制模块，实现了对磁传感器周围环境温度的控制。软件设计采用TI提供的ZigBee协议栈Z-Stack作为软件开发平台，编写了磁传感器测试仪无线星形和树形测控网络（4个节点）中协调器节点、路由节点、温度测控终端节点、磁传感器测试仪终端节点的应用层程序，USB接口程序，温度控制程序。上位机界面采用LabVIEW来编写，实现了上位机和协调器节点之间的USB接口通信以及对各个终端节点的控制和采集数据的显示。利用LabVIEW的WebServer实现了远程测控。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章 绪论  10-18
  1.1 项目研究的背景与意义  10-15
    1.1.1 短距离无线通信技术概述  10-11
    1.1.2 无线传感器网络的应用  11-13
    1.1.3 ZigBee技术的由来和应用领域  13-14
    1.1.4 基于无线传感网络和Internet的远程测控  14-15
  1.2 国内外研究现状  15-16
    1.2.1 无线传感器网络的国内外研究现状  15
    1.2.2 ZigBee技术的研究现状  15-16
  1.3 本文的主要工作及组织结构  16-18
    1.3.1 项目来源与研究目标  16-17
    1.3.2 本文的主要工作  17-18
第2章 ZigBee技术概述  18-34
  2.1 ZigBee技术概述  18-23
    2.1.1 ZigBee技术特点  18-19
    2.1.2 ZigBee设备  19
    2.1.3 ZigBee的网络拓扑结构  19-20
    2.1.4 ZigBee术语介绍  20-21
    2.1.5 ZigBee的网络工作模式  21-22
    2.1.6 服务原语  22-23
  2.2 ZigBee协议栈结构  23-31
    2.2.1 物理层（PHY）  24-25
    2.2.2 MAC层（媒体访问控制层）  25-28
    2.2.3 网络层（NWK）  28-29
    2.2.4 应用层（APL）  29-31
  2.3 ZigBee路由算法研究  31-33
    2.3.1 Cluster-Tree  31-32
    2.3.2 ZigBee路由策略  32-33
  2.4 本章小结  33-34
第3章 ZigBee测控网络硬件平台设计  34-43
  3.1 项目总体设计  34-35
  3.2 ZigBee和USB接口芯片选择  35-37
    3.2.1 ZigBee芯片选择  35-36
    3.2.2 USB接口芯片选择  36-37
  3.3 硬件电路设计  37-39
    3.3.1 CC2530射频电路  37-38
    3.3.2 USB接口电路设计  38-39
    3.3.3 温度控制电路设计  39
  3.4 节点电路框图  39-41
    3.4.1 协调器节点电路框图  39-40
    3.4.2 路由节点电路框图  40
    3.4.3 终端点电路框图  40-41
  3.5 本章小结  41-43
第4章 磁传感器测试仪无线测控系统软件设计  43-65
  4.1 总体软件设计流程  43-44
  4.2 温度控制程序设计  44-45
  4.3 基于CH375的USB接口程序设计  45-47
  4.4 软件开发平台介绍  47-48
  4.5 ZigBee设备入网原语操作流程  48-53
    4.5.1 建立网络  48-49
    4.5.2 协调器或路由器允许节点加入网络  49-50
    4.5.3 设备入网过程  50-53
  4.6 下位机上传数据格式和上位机下发数据格式  53
  4.7 基于CC2530无线节点的组网设计  53-59
    4.7.1 星形测控网络设计  53-57
    4.7.2 树形测控网络设计  57-59
  4.8 基于LabVIEW的上位机软件设计  59-64
    4.8.1 磁传感器测试仪测控系统上位机界面设计  59-60
    4.8.2 上位机软件程序流程  60-63
    4.8.3 USB接口上位机软件设计  63-64
  4.9 本章小结  64-65
第5章 系统测试实验及结果分析  65-73
  5.1 通信距离以及接收信号强度测试  65
  5.2 树状网络地址测试  65-67
  5.3 ZigBee模块组网及数据传输测试  67-71
    5.3.1 ZigBee模块组网测试  67-69
    5.3.2 ZigBee模块数据通信测试  69-71
  5.4 温度测控和磁传感测试仪波形测试  71
  5.5 基于WebServer的远程监控测试  71-72
  5.6 本章小结  72-73
结论与展望  73-75
参考文献  75-79
致谢  79-80
附录A: 攻读硕士学位期间所发表的学术论文  80-81
附录B: 无线磁传感器测控系统实物图  81

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 移动通信
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