基于Qi无线充电协议的气压传感器电路设计

摘要

无线传感器网络作为21世纪最有影响力的21项技术和改变世界10大技术之一，其在军界、工业界和学术界受到了高度重视。在传统无线传感器网络中，一般使用蓄电池供电，需要周期性的更换电池，在制约了无线传感器网络实际部署与广泛应用的同时也大大提高了网络的维护成本。无线可充电传感器网络（WRSN）作为一种新兴技术集成了无线充电、感知、通信和运算等多种功能，有效的缓解乃至消除了传统无线传感器网络中的能量供给问题，因此成为了研究的热点。
　　为了解决船舶气囊下水施工技术中对气囊气压监测的传统无线传感器网络能量供给上的瓶颈问题，本文开发设计了一种基于Qi无线充电协议的气压传感器电路系统，其通过 Wi-Fi芯片 CC3200可以与设备云平台无缝连接。该系统主要由无线充电模块、ZigBee无线传感器网络终端节点和协调器节点组成，无线充电部分选用TI公司提供的BQ51050B无线充电接收端电源管理芯片，ZigBee无线传感器网络选用TI公司提供的CC2530片上解决系统与Z-Stack协议栈，设备云平台采用美国Digi公司提供的Digi Device Cloud。经过系统测试，整个系统运行稳定正常，可以将气压数据精准、及时有效的采集并上传到设备云端显示和保存。
　　本文主要完成的工作有以下几个方面：
　　1）首先阐述了课题研究背景，然后概述了无线传感网络和无线充电技术的发展过程,并对无线可充电传感器的研究现状进行了介绍。
　　2）对IEEE802.15.4标准和ZigBee协议进行了详细论述。
　　3）提出了基于Qi无线充电协议的气压传感器电路系统设计，介绍了需要实现的功能，并对所使用的到的硬件芯片、软件编译环境、协议栈、网络拓扑结构等方面做出了选型。
　　4）对传感器电路设计做出了详细的说明，介绍了ZigBee终端节点和协调器节点的软件设计流程。
　　5）针对实际使用中的要求做出了测试分析，主要包括无线充电距离、完全充电时长、无线传感器网络终端节点采集数据的稳定性和网线传感器网络传输数据的可靠性等几个方面。
　　6）最后对本文做出了总结和展望。

目录

第一章 绪论

1.1 课题背景和研究的意义

1.2 无线传感器网络技术发展过程

1.3 无线充电技术发展过程

1.4 无线可充电的传感器网络研究现状及意义

1.5 论文的研究内容和章节安排

第二章 IEEE802.15.4标准和ZigBee技术

2.1 IEEE802.15.4标准

2.2 ZigBee规范概述

2.3 ZigBee网络分层概述

2.4 ZigBee网络结构

2.5 本章小结

第三章 Qi无线充电技术

3.1 Qi标准的发展历程

3.2 Qi标准的通信过程

3.3 Qi无线充电接收端标准

3.4 本章小结

第四章系统总体方案设计

4.1 系统功能概要

4.2 系统架构设计

4.3 硬件方案选取

4.4 软件开发平台

4.5 ZigBee网络拓扑结构的选择

4.6 本章小结

第五章 无线传感器网络构建

5.1 硬件主要芯片介绍

5.2 系统节点硬件电路设计

5.3 ZigBee网络软件设计

5.4 本章小结

第六章 系统测试与分析

6.1 系统测试

6.2 本章小结

论文总结与展望

参考文献

攻读学位期间发表论文

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