基于无线自组网技术的数据采集控制器的设计

摘要

近年来，随着物联网技术的发展，以“全面感知”为基本特征的物联网时代来临了。这对大规模传感数据的网络汇聚提出了更高的要求。工业现场的实时数据通过各种无线或有线的通讯方式实现互联互通，然而现场的传感器应用需求差异、设备供应商的各自为政，导致感知设备的数据接口和通讯协议多样化，为了满足对现场数据获取、传输、处理的应用需求，研制一种能够自组网络、多协议转换、异构网络数据协同处理、传感数据网络汇聚的专用设备势在必行。
　　本文结合上述需求设计了一种能够适用于各种工业现场的数据采集控制器。该控制器不仅能够完成对多类传感设备的数据采集，还能完成多种协议的配套解析和转换，实现数据的远传与汇聚。该控制器采用了先进嵌入式技术，实时嵌入式操作系统;具备8通道高速模拟量输入，2路模拟量输出;8路高速数字量输入输出功能;拥用RS-485隔离通讯接口;支持2.4G ZigBee、GPRS多种通讯方式，可基于ZigBee主动形成自治通讯网络，实现集群化无线组网通讯;以模块化的设计思路，实现了单体设备的多种关联功能集约式开发，在保证设备可靠运行的基础上，缩减了设备规模和硬件成本。
　　本文首先分析了能够实现无线自组网的方法，根据多协议、多信号输入输出方式及高可靠性、高性价比的原则，提出了数据采集控制器的总体设计思想，给出了硬件设计方案和软件设计方案。然后对各模块电路的选型进行了分析和设计，利用分层化和模块化等设计思想对数据采集控制器进行软件设计，最后将该数据采集控制器应用在换热站远程监控系统和中小型热电厂运行管理系统中，很好的完成了对现场各种设备的数据采集和向数据中心服务器的传输，实现了它的应用价值，可以大大提高企业的经济效益，将有效促进物联网数据汇聚技术韵进步。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的研究背景

1．2 课题的意义

1．3 无线自组网的发展现状

1．4 数据采集控制器的发展状况

1．5 本文研究的主要内容及组织结构

第二章 无线自组网的实现方法

2．1 无线自组网的理论知识

2．1．1 无线自组网的基本概念

2．1．2 无线自组网的特点

2．1．3 无线自组网的发展趋势

2．2 无线自组网的实现方法

2．2．1 无线自组网的各种实现方法

2．2．2 各种实现方法的比较

2．3 ZigBee技术作为无线自组网实现方法的原因

2．3．1 ZigBee技术的特点

2．3．2 ZigBee技术体系结构

2．3．3 ZigBee应用前景

2．4 ZigBee路由算法研究

2．4．1 树状网络算法分析

2．4．2 网状网络算法分析

2．4．3 ZigBee路由策略研究

第三章 数据采集控制器的总体设计方案

3．1 需求分析

3．2 数据采集控制器的设计原则

3．3 总体方案

3．3．1 总体方案的设计思想

3．3．2 硬件设计方案

3．3．3 软件设计方案

3．3．4 数据采集控制器的地址分配方案

第四章 数据采集控制器的硬件设计

4．1 硬件的总体结构

4．1．1 MCU的选型

4．1．2 MCU的最小系统设计

4．2 硬件设计中关键模块的设计

4．2．1 供电电路设计

4．2．2 实时时钟模块电路设计

4．2．3 隔离的模拟量输入输出模块和数字量输入输出模块电路设计

4．2．4 存储器电路设计

4．2．5 通信模块电路设计

4．3 硬件的抗干扰设计

4．3．1 印刷电路板设计

4．3．2 干扰途径及解决办法

4．4 本章小结

第五章 数据采集控制器的软件设计

5．1 整个系统的软件设计思想

5．1．1 模块化设计思想

5．1．2 分层化设计思想

5．1．3 系统抗干扰的软件措施

5．2 嵌入式操作系统的选择与移植

5．2．1 嵌入式操作系统的选择

5．2．2 嵌入式操作系统μCOS-Ⅱ的移植

5．3 软件总体设计

5．4 主要功能模块的软件设计

5．4．1 主程序设计

5．4．2 模拟量及数字量输入任务设计

5．4．3 模拟量及数字量的输出任务设计

5．4．4 以太网通信任务设计

5．4．5 GPRS通信任务设计

5．4．6 ZigBee通信任务设计

5．5 协议转换的设计

5．5．1 协议转换的作用

5．5．2 协议转换的功能实现

5．6 本章小结

第六章 数据采集控制器在各企业中的应用

6．1 数据采集控制器在换热站远程监控系统中的应用

6．2 数据采集控制器在中小型热电厂运行管理系统中的应用

总结

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文

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