物联网监控系统多通道信息采集模块设计与实现

摘要

随着对外开放程度的日益提高，以及经济全球化发展和全球性竞争的日益激化，物联网对我国经济长期可持续发展的影响越来越深。加速推进物联网的建设已经成为我国不断提高在国际分工中的地位、全方位参与国际竞争的迫切要求。
　　本论文研究物联网信息处理层关键技术，采用微控制器STM32F103C6T6及其外围电路，设计了适用于工业控制的多通道信息采集模块。系统通过传感技术采集数据；设计核心电路板实现采集数据的预处理；ZigBee无线信息传输技术将预处理过后的监控数据传输给应用程序并以可视化方式展示给用户。本论文的主要工作如下：
　　1）完成多通道信息采集模块设计——实现数据采集与传输功能
　　本论文选用STM32F103C6T6作为系统的主控芯片，LT1930A作为升压电路芯片，MP1496作为降压电路芯片，CC2530作为无线传输模块芯片。采用电路图设计工具Altium_Designer10绘制原理图和PCB图，利用C语言编写控制代码，实现数据的智能采集和无线传输。利用调试工具对电路板进行调试，实现整个系统准确、安全和完整的无线通信功能。
　　2）设计应用层数据通信协议——实现数据安全可靠传输
　　针对数据通信过程中的可能出现的数据中断和数据掉包现象，在无线传输模块研发过程中，对ZigBee标准协议进行封装，同时，增加ZigBee节点ID编码，屏蔽不同节点的短地址差异；设置传送数据的校验位，防止数据丢包和错误发送，增强数据的完整性，实现数据的可靠传输功能。
　　3）设计系统低功耗工作模型——实现用电池对电路板供电
　　鉴于实际应用环境复杂，为了方便安装多通道信息采集模块，本论文采用电池供电来替代传统的220V电压供电。为了保证充足的续航时间，需要设计一个低功耗的工作模型。论文主要针对硬件电路和控制代码做了低功耗设计，使整个硬件系统在工业现场的运用变得灵活、便利。
　　经过一年多的努力，本论文完成了低功耗模式的多通道信息采集模块的设计，并且实现了监控数据的实时采集和无线传输功能。在展望中指出了本论文设计中的不足。

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第1章 绪 论

1.1 课题来源

1.2 研究背景、目的和意义

1.3 国内外相关研究现状

1.4 本文主要工作

第2章 基于物联网生物柴油远程监控系统总体设计

2.1 生物柴油远程监控系统

2.2 生物柴油远程监控系统整体设计

2.3 本章小结

第3章 多通道信息采集模块硬件设计

3.1 传感器布局

3.2 系统硬件平台构建

3.3 低功耗模式下的系统原理图设计

3.4 PCB板的设计过程

3.5 硬件调试实验

3.6 本章小结

第4章 多通道信息采集模块软件研制

4.1 数据通信协议的实现过程

4.2 数据通信协议验证实验

4.3 低功耗模式下的控制模块软件设计

4.4 低功耗模式下的功耗分析

4.5 系统结果展示

4.6 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 论文总结

5.2 论文展望

致谢

参考文献

附录A 系统实验环境