低功耗无线网络传感器节点的设计与实现

摘要

无线传感器网络,可以感知多种环境中信息,能够将物理世界与各种通信网络相互紧密融合,它已成为当今科学研究热点之一。无线传感器网络由大规模化的微型传感器节点组成,如何设计高效低功耗的传感器节点成为提高传感器网络性能和效率的关键问题。由于现有的传感器节点功能结构单一、可拓展性差、功耗有待改进,因此有必要设计一款模块化、低功耗、通用的的传感器节点。论文以低功耗无线网络传感器节点为设计目标,主要工作如下:
　　1.通过对现有短距离无线通信协议和体系结构的分析,给出ZigBee通信协议的主要优点、关键技术和通信协议规范,选定ZigBee协议作为无线网络节点传感器的通信协议。
　　2.研究无线传感器网络物理层的直接序列扩频通信的理论基础和实现方法,利用Simulink建立了基于ZigBee的无线通信系统物理层的直接序列扩频的仿真模型。
　　3.详细的研究一种无线传感器网络节点的硬件框架和平台,设计出基于ZigBee协议的无线传感器网络的节点。
　　4.研究与设计无线传感器网络节点通信时驱动接口部分的软件,为上层屏蔽底层硬件细节,简化软件系统的平台移植。
　　5.对设计的无线传感器网络节点性能测试与分析。
　　6.通过对ZigBee网络层LEACH路由算法的改进,提高传感器节点的寿命与传输速率。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 无线传感器网络概述

1.3 研究现状

1.4 论文的选题目的及意义

1.5 论文的主要工作及结构

第二章 无线传感器网络通信技术——ZigBee

2.1 ZigBee与其它短距离无线通信技术的比较

2.2 ZigBee/802.15.4协议栈

2.3 ZigBee规范的网络拓扑结构

2.4 本章小结

第三章 无线传感器网络节点物理层功耗的研究

3.1 系统构成及其功耗的分析

3.2 物理层直接序列扩频研究与仿真

3.3 本章小结

第四章 无线传感器网络节点的硬件设计

4.1 无线传感器网络节点设计要求

4.2 总体结构设计

4.3 处理模块设计

4.4 通信模块设计

4.5 传感器模块设计

4.6 电源模块设计

4.7 PCB的研究和设计

4.8 本章小结

第五章 无线传感器网络节点的软件设计

5.1 系统软件总体设计

5.2 主程序流程设计

5.3 接口驱动程序设计

5.4 光敏值采集程序设计

5.5 ZigBee无线通信程序设计

5.6 本章小结

第六章 传感器节点测试及分析

6.1 编译环境

6.2 程序烧录步骤

6.3 通信能力测试

6.4 小结

第七章 无线传感器网络的节能与仿真技术

7.1 无线传感器网络节能

7.2 网络仿真环境搭建

7.3 传感器网络节能仿真实验

7.4 小结

第八章 总结与展望

8.1 总结

8.2 下一步工作

参考文献

附录A CC2420发送控制状态图

附录B ZigBee无线通信PCB板

致谢

个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果