物联网智能无线节点数据采集系统设计与实现

摘要

我国是一个矿产资源丰富的国家，同时也是世界上为数不多的矿产资源种类齐全、矿产自给程度较高的国家之一。随着经济的蓬勃发展，工业以及其相关行业对矿产的需要日益增大。在采矿工业的快速发展的同时，矿山安全问题及事故不断涌现出来。从造成矿山事故频发的原因来看，主要是由于我国矿山生产自动化程度低，矿山的大型设备如采矿机、液压支架等由于无法在复杂环境中获得其运动轨迹信息而导致设备仍然需要借助于人工干预才能完成自动化采矿工作，所以我们急切需要新的技术来彻底改变这一现状。
　　随着物联网、认知无线电、无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSN)技术的蓬勃发展，我们便有了一种全新的理念来解决目前的现状。所以本文针对在复杂情况下无法监测运动物体的运动轨迹这一技术难点，设计了新型的智能无线节点数据采集系统，本系统的智能无线数据采集节点可以在复杂的环境中实时捕捉物体的运动轨迹，并且通过无线收发方式传把采集到的数据发送到汇聚节点。本系统由于采用OMAP-L138新型的数据处理芯片，使得系统具有超强的运算能力，在无线发送方面，我们采用发射芯片和射频增距芯片的新型设计使得信号发送距离更远。因为我们系统采用无线传感器节点的方式来实现实时监控，所以使得我们的系统具有功耗低、成本低、体积小等优点。考虑到近几年物联网快速发展，不同功能的传感器节点日益增多，所以对传感器节点进行了智能化的处理，传感器节点的智能化也必然是物联网日后发展的趋势。综上所述，本系统在监测运动物体的轨迹领域有着重要的理论以及实践意义。
　　本文的主要工作有:第一，设计了系统的总体方案，从功能、硬件以及软件需求出发设计了整个系统的结构主要包括汇聚节点以及数据采集传感器节点;第二，设计了传感器节点的硬件以及软件部分，主要包括传感器芯片、发射芯片、天线以及外围电路元器件的选择，以及各个芯片的电路设计和接口电路设计，最后制成PCB板并且完成相应的驱动设计;第三，设计了针对本系统的通信协议，该协议充分考虑了实用性、扩展性、高效性等特点。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 课题背景

1．2 研究目的及意义

1．3 国内外研究现状

1．4 本文的组织结构

第2章 相关技术介绍

2．1 传感器技术的介绍

2．1．1 温度传感器

2．1．2 压力传感器

2．1．3 陀螺仪

2．1．4 加速度传感器

2．2 短距离无线传输技术

2．3 总线技术

2．3．1 I2C总线技术

2．3．2 SPI总线技术

2．3．3 GPIO总线技术

2．4 本章小结

第3章 系统总体方案设计

3．1 系统需求分析

3．1．1 功能需求

3．1．2 硬件需求

3．1．3 软件需求

3．2 系统层次设计

3．3 系统总体结构

3．4 系统的低功耗设计

3．5 本章小结

第4章 系统硬件设计

4．1 系统硬件总体设计

4．1．1 硬件设计原则

4．1．2 系统构成

4．2 无线数据采集节点的硬件设计

4．2．1 节点硬件设计基本流程

4．2．2 核心处理器的选择

4．2．3 传感器芯片的选择

4．2．4 无线收发芯片的选择

4．2．5 天线选择

4．2．6 电路设计

4．2．7 绘制PCB版

4．3 本章小结

第5章 系统软件设计

5．1 系统软件总体设计

5．2 DSP接口驱动开发

5．2．1 电源休眠控制器

5．2．2 I2C驱动开发

5．2．3 SPI驱动开发

5．2．4 GPIO驱动开发

5．3 芯片驱动开发

5．3．1 温度传感器驱动开发

5．3．2 六轴传感器驱动开发

5．3．3 压力传感器驱动开发

5．4 通信协议设计

5．5 系统软件实现

5．6 本章小结

第6章 系统测试

6．1 实验测试

6．1．1 系统测试环境

6．1．2 系统测试

6．2 实验结果

6．3 本章小结

第7章 结论与展望

7．1 总结

7．2 存在的问题及展望

参考文献

致谢