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基于ZigBee协议的生产温度监控系统设计

作　者: 高超
导　师: 李生红
学　校: 上海交通大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 实时监控 无线传感器网络 ZigBee协议 网络编码 压缩感知
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
下　载: 59次
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内容摘要


随着自动化生产系统的发展,生产实时监控系统越来越受到重视。生产实时监控系统的主要任务是实时采集生产设备的状态参数,并汇总传输到监控中心以供监控人员掌握生产过程的最新状况。生产实时监控系统的效率和稳定性直接关系到生产的正常运行,其设计涉及到多方面的技术,包括传感器网络技术、数据可视化技术、自动控制技术等。本文对某企业生产监控系统的需求作了简要分析,并针对需求设计实现了一套包括硬件部分和软件部分在内的生产监控系统。该系统的硬件部分为传感器网络节点,包括终端节点、路由节点和协调器节点;软件部分则分为传感器网络协议栈和上位机系统,其中传感器网络协议栈由ZigBee开放协议栈Z-Stack扩展而成,上位机系统则是由LabVIEW编写的PC监控端程序。本文针对该企业的生产环境特点和监控需求,提出了基于压缩感知解码的网络编码算法,并在Z-Stack协议栈中实现。本文对协议进行了理论仿真,并对系统做了实际运行测试。结果表明,本文所提出的基于压缩感知解码的网络编码算法能够有效的利用ZigBee网型网络的特点,增加网络吞吐量,并保证了运行的可靠性;整个监控系统在实际运行测试中,性能良好,表现稳定,基本满足了企业对生产实时监控的需求。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第1章 绪论  7-11
  1.1 课题背景和意义  7
  1.2 国内外研究现状  7-10
    1.2.1 生产实时监控系统  7-8
    1.2.2 WSN  8-10
  1.3 论文研究内容与组织结构  10-11
第2章 基本知识介绍  11-25
  2.1 无线传感器网络WSN  11-15
    2.1.1 WSN 的特点  11-12
    2.1.2 WSN 体系结构  12-15
  2.2 ZIGBEE 协议  15-24
    2.2.1 几种短距离无线通信技术  16-17
    2.2.2 ZigBee 与其他无线通信协议的比较  17-18
    2.2.3 ZigBee 协议概述  18-24
  2.3 本章小结  24-25
第3章 系统方案与硬件设计  25-36
  3.1 需求分析  25
  3.2 系统方案设计  25-29
    3.2.1 传感器网络  26-27
    3.2.2 数据传输链路  27-28
    3.2.3 上位机系统  28-29
  3.3 硬件设计  29-35
    3.3.1 硬件平台简介  29-31
    3.3.2 WSN 终端节点设计  31-34
    3.3.3 WSN 路由节点设计  34-35
    3.3.4 WSN 中心节点设计  35
  3.4 本章小结  35-36
第4章 网络编码的压缩感知解码  36-49
  4.1 网络编码与压缩感知  36-40
    4.1.1 网络编码  36-39
    4.1.2 压缩感知  39-40
  4.2 随机网络编码的压缩感知特性分析  40-43
    4.2.1 有限域内的压缩感知  40-41
    4.2.2 网络编码矩阵的压缩感知特性  41-43
  4.3 网络编码的压缩感知解码方法  43-45
  4.4 压缩感知解码的性能  45-48
    4.4.1 仿真环境设置  45-47
    4.4.2 压缩感知解码误码率与稀疏因子的关系  47
    4.4.3 压缩感知解码误码率与有限域大小的关系  47-48
    4.4.4 压缩感知解码误码率与网络规模的关系  48
  4.5 本章小结  48-49
第5章 软件设计与系统测试  49-73
  5.1 WSN 软件设计  49-60
    5.1.1 TI 开放协议栈Z-Stack 介绍  49-53
    5.1.2 协议栈设计  53-60
  5.2 上位机软件设计  60-67
    5.2.1 用户UI 模块  61-65
    5.2.2 通信模块  65-66
    5.2.3 储存管理模块  66
    5.2.4 实时监控模块  66-67
  5.3 系统测试  67-71
    5.3.1 系统部署  67-68
    5.3.2 系统吞吐量  68-69
    5.3.3 数据投递率  69
    5.3.4 系统误码率  69-70
    5.3.5 系统稳定性  70-71
  5.4 本章小结  71-73
第6章 总结  73-75
  6.1 本文成果  73
  6.2 研究展望  73-75
参考文献  75-78
致谢  78-79
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  79-81

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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 > 监视、报警、故障诊断系统
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