基于ZigBee的数字高精度磁场探测系统设计

摘要

磁场的测量在考古、地磁场研究、石油矿藏勘探，乃至国防安全、军事技术上有着极其重要的意义。磁通门传感器以其具有的高分辨率、测量弱磁场范围宽、性能可靠、可直接测量磁场的分量，适用于运动系统中的诸多优势，因而被大量应用于弱磁场领域的测量。ZigBee作为一种日渐成熟的无线通讯技术，在科技高速发展的今天日益得到人们的重视和运用。ZigBee以其具有的短距离、低功耗、低数据速率、低复杂度、组网自愈高的特点被广泛的运用于智能家居、城市智能交通、医疗护理、环境监测、户外作业及地下矿场安全监护等各个领域。
　　本文设计了基于磁通门的单点探磁系统，并在此基础上加入了ZigBee与嵌入式网关技术，实现了基于ZigBee的数字高精度磁场探测系统的设计。本文的研究工作主要包含以下几点:
　　首先，根据磁通门的工作原理设计并搭建了单点磁通门探磁系统。该系统包括，磁通门探头传感器、数字激磁电路、磁场信号处理电路、磁场信号采集电路以及串口通信电路。
　　其次，从组网和应用两方面深入研究ZigBee技术，利用CC2530射频主控芯片搭建了星形ZigBee网络的硬件电路，采集并发送多个弱磁探测端的磁场数据至嵌入式系统。完成了ZigBee网络数据的采集和发送。
　　最后，利用ARM A8所构成的嵌入式网关平台，移植了嵌入式Web服务器，实现了用浏览器对磁场数据的显示和操作，完成了基于ZigBee的数字高精度磁场探测系统设计，达到了预期的设计目标。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 技术发展趋势

1．3 本文的研究工作和组织结构

第二章 数字高精度磁场探测系统总体设计

2．1 磁通门的探磁工作原理

2．2 ZigBee技术简介

2．3 嵌入式网关整体概述

2．4 磁场探测系统总体设计

2．5 本章小结

第三章 数字高精度磁场探测系统硬件设计

3．1 单点磁通门探磁系统硬件设计

3．1．1 磁通门探头设计

3．1．2 电源电路设计

3．1．3 数字激磁电路设计

3．1．4 磁场信号处理电路设计

3．1．5 磁场信号采集电路设计

3．1．6 串口通信电路设计

3．2 ZigBee终端节点电路设计

3．2．1 CC2530芯片简介

3．2．2 电源电路

3．2．3 晶振电路

3．2．4 巴伦匹配电路及天线设计

3．2．5 ZigBee终端节点PCB设计

3．3 嵌入式网关硬件系统设计

3．3．1 嵌入式处理器介绍

3．3．2 嵌入式网关与协调器接口电路

3．4 本章小结

第四章 数字高精度磁场探测系统软件设计

4．1 单点磁通门探磁系统的软件设计

4．1．1 数字激磁信号的产生

4．1．2 磁场信号信号的采集

4．2 ZigBee网络数据采集软件设计与实现

4．2．1 ZigBee网络组网方案的选取

4．2．2 ZigBee网络数据采集的设计

4．2．3 ZigBee网络数据采集的实现

4．3 嵌入式网关的设计与实现

4．3．1 Linux开发平台的搭建

4．3．2 嵌入式web服务器的搭建

4．3．3 CGI程序开发

4．4 本章小结

第五章 系统整机功能测试及实验结果

5．1 系统硬件联调

5．2 实验结果

5．3 结果分析

第六章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢