无线传感器网络GPRS集成型汇聚节点开发

摘要

使用GPRS网络进行远程数据传输是无线传感器网络监测系统中普遍采用方法，汇聚节点接收一般节点采集的数据，处理后通过GPRS模块发送至监测中心服务器。为了满足以新疆煤田监测系统为例的无线传感器网络的远程数据传输，需要开发定制版本的GPRS功能。
　　选用内部集成度高的SIM900A GPRS芯片代替原有的模块化GPRS，以GB2530芯片为核心，外部搭建电源电路、时钟电路、复位和指示灯电路、GPRS电路组成GPRS集成型汇聚节点。GB2530通过GPIO连接到SIM900A的开关机电路，实现了GPRS的软关机功能。对SIM900A的天线输出引脚微带线进行制作，以达到与SIM900A内部匹配的50Ω阻抗，并为适应不同特性阻抗的天线预留了π型匹配网络。ADS仿真结果表明微带线阻抗接近50Ω，达到设计要求。在电路板PCB设计中，为解决因微带线阻抗要求导致的电路板过薄，将整个汇聚节点分成不同厚度的汇聚节点母板和GPRS子板两个部分进行制作，完成了GPRS集成型汇聚节点硬件平台的搭建。对PCB板进行静态测试和上电测试，测试中节点硬件性能正常。经过两版节点的硬件制作优化，矢量网络分析仪的微带线回波损耗测试中，在900MHz和1.8GHz处的测试结果为10dB和5dB，基本能够正常工作。研究GB2530使用异步串口通过AT指令控制SIM900A进行连网和数据传输的流程，自定义数据包，在数据包内含有SIM卡的ICCID号，服务器通过该位对汇聚节点和数据包进行绑定;自定义心跳包，汇聚节点和服务器之间周期发送，可以维持链路和检测网络状态;自定义异常记录数据包，在汇聚节点无法连接至服务器的时候生成异常记录，通过邻近的汇聚节点将异常记录和监测数据转发至服务器，保证数据传输的可靠性。以GPRS集成型节点硬件平台为基础，在Z-Stack协议栈中实现与服务器建立连接和数据发送，对系统的GPRS功能的测试表明，节点能够正常的连接服务器，并传输数据。论文为汇聚节点远程传输功能的进一步开发，提供了基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究意义和背景

1．2 国内外研究现状

1．3 主要研究内容

第二章 汇聚节点硬件开发

2．1 节点的主要电路开发

2．1．1 芯片GB2530

2．1．2 时钟模块PCF8563

2．1．3 传感器模块

2．1．4 GPRS模块

2．1．5 电源模块

2．2 SIM900A射频传输线和匹配

2．2．1 传输线

2．2．2 负载匹配

2．3 汇聚节点PCB设计

2．3．1 PCB制作

2．3．2 PCB布局图和实物图

2．4 节点硬件测试

2．4．1 静态测试

2．4．2 上电测试

2．4．3 微带线回波损耗测试

2．5 本章小结

第三章 远程数据传输

3．1 GPRS网络

3．1．1 GPRS网络体系结构

3．1．2 GPRS数据传输过程

3．2 SIM900A连网流程

3．2．1 SIM900A自检

3．2．2 SIM900A网络连接

3．3 自定义数据包和心跳包

3．4 GPRS异常处理

3．5 本章小结

第四章 GPRS功能软件开发

4．1 Zigbee技术

4．1．1 Zigbee架构特点

4．1．2 Zigbee设备类型

4．1．3 Zigbee网络拓扑

4．2 Z-Stack

4．3 GPRS软件开发

4．3．1 SIM900A任务初始化

4．3．2 通过串口发送数据

4．3．3 与服务器建立连接

4．3．4 向服务器发送数据

4．4 软件测试

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文和科研情况