无线传感器网络节点设计及Delphi监控软件开发

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，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。
　　 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。