无线温湿度测量系统的研究与实现

摘要

无线温湿度测量系统是为实现高精度温湿度测量、记录,并通过无线通信的方式实现数据交互的系统。本文针对该系统测量精度高、网络覆盖能力强、系统运行稳定可靠的要求进行了分析研究,基于嵌入式技术和无线传感器网络技术,设计了无线温湿度测量系统。
　　本文采用Zigbee技术实现无线通信,设计了无线测量终端作为基本单元负责采集多路通道传感器数据、无线基站负责维护管理整个网络。无线基站控制核心采用AT91SAM9263工业级微处理器,结合支持Zigbee应用的片上系统芯片CC2530以及大容量SD卡存储设备作为整个系统的控制中心;无线测量终端以低功耗处理器MSP430F2618作为控制核心,使用铂电阻温度传感器和HC2-S湿度传感器,通过搭载的CC2530无线网络模块加入现场测量网络并上传测量数据。软件方面,本文采用操作系统抽象层(OSAL)多任务资源分配机制实现软件编程,并结合 TI公司的Z-STACK协议栈对Zigbee网络应用进行了开发设计。针对系统高精度的测量要求,研究了多通道传感器的测量方案,在比较了现有测量电路的优缺点基础上,设计了控制灵活、可靠性强的温湿度测量电路。本文对铂电阻温度特性曲线采用多项式拟合,在正温度区间,采用非均匀分段拟合的校准策略,在充分利用软硬件资源的基础上,提高了测量精度。对无线传感器网络的能耗问题进行了研究和探讨,分析了节点能耗在整个网络中的差异性,提出了基于动态调节机制的单节点能耗控制和整体能耗均衡控制策略,并进行了仿真验证。完成了无线温湿度测量系统的设计工作,研制了样机。经实验测试和现场实际应用,系统运行稳定可靠,测量精度达到设计要求。

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第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

1.2课题研究现状

1.3 本文研究的主要内容

第二章Zigbee技术概述

2.1 Zigbee技术简介

2.2 Zigbee技术的主要特点

2.3 Zigbee协议框架

2.4 Zigbee网络架构

第三章 无线温湿度测量系统设计

3.1 系统总体设计方案

3.2 无线温湿度测量系统硬件设计

3.3无线温湿度测量系统软件设计

第四章 高精度温湿度测量方法

4.1 温度传感器和湿度传感器介绍

4.2 温湿度测量方案

4.3 温度和湿度计算

4.4 铂电阻传感器非均匀分段拟合策略研究

第五章 系统能耗控制策略

5.1 系统能耗分析

5.2 无线Zigbee网络能耗控制策略

5.3 能耗策略仿真

5.4 仿真结果分析

第六章 系统测试

6.1无线温湿度测量系统测试介绍

6.2系统功能测试

6.3测量精度测试

6.4系统可靠性测试

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 研究展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢