ZigBee传感器网络技术在蓄电池生产过程中的应用研究

摘要

铅酸蓄电池是目前二次电源的主要品种，广泛应用于电力、通信、交通等许多部门。实际应用中，铅酸蓄电池往往达不到设计循环寿命就提前报废，原因一方面是使用过程中充放电不合理有关，另一方面的重要原因就是蓄电池生产过程中的质量控制措施不够合理，其中铅酸蓄电池生产过程中的化成充放电工艺对蓄电池生产质量影响很大。本文在分析了铅酸蓄电池的性能特点和检测参数及目前常用监测系统的优缺点后，提出了采用无线传感器网络进行蓄电池参数监测系统设计的方案。 首先对铅酸蓄电池的工作原理、充电特性进行了研究，指出了影响化成质量的主要因素，确定了基于ZigBee传感器网络进行蓄电池参数监测的方法。然后对ZigBee无线网络技术进行了详细研究，对比分析了目前几种常见短距离无线通讯技术标准的特点，论证了采用ZigBee传感器网络进行蓄电池参数监测的可行性。对ZigBee协议规范进行了深入研究，重点介绍了其中的关键概念和术语以及主要的路由算法，分析了ZigBee组网流程和方法，设计了ZigBee传感器网络节点的整体方案。 最后，基于CC2430芯片和MSSTATE_LRWPAN协议栈进行了ZigBee网络节点的软硬件设计，实现了对铅酸蓄电池化成充放电过程中电压、电流以及温度的实时检测和网络传输，测试了网络节点性能。并对上位机软件进行了概要设计，为进一步研制智能充放电控制系统提供了新的数据输入通道。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景及意义

1.2 课题研究的现状与趋势

1.3 本论文的主要工作

第2章 铅酸蓄电池及其检测方法

2.1 铅酸蓄电池概述

2.1.1 铅酸蓄电池的应用与发展

2.1.2 铅酸蓄电池工作原理

2.1.3 铅酸蓄电池的充电特性

2.2 铅酸蓄电池的检测

2.2.1 铅酸蓄电池的基本概念

2.2.2 主要参数的检测方法

2.3 铅酸蓄电池的化成充放电工艺

2.4 铅酸蓄电池化成充放电监控系统

2.4.1 化成充放电监控系统的发展

2.4.2 目前常用系统的特点

2.4.3 本文采用的方法

2.5 本章小结

第3章 zigBee技术及其应用

3.1 ZigBee技术概述

3.1.1 IEEE802.15.4/ZigBee技术简介

3.1.2 ZigBee技术的主要特点

3.2 几种常见短距离无线通讯标准的比较

3.3 ZigBee协议栈分析

3.3.1 ZigBee协议栈结构

3.3.2 ZigBee协议关键概念术语

3.4 ZigBee网络拓扑结构

3.5 ZigBee网络组网分析

3.5.1 ZigBee地址分配机制

3.5.2 ZigBee网络寻址规定

3.5.3 ZigBee网络数据传递机制

3.5.4 ZigBee路由算法分析

3.5.5 ZigBee网络层基本功能

3.5.6.ZigBee组网流程

3.6 ZigBee技术的开发应用

3.6.1 ZigBee技术的应用领域和发展前景

3.6.2 ZigBee产品开发流程概述

3.6.3 蓄电池参数检测网络节点总体设计

3.7 本章小结

第4章 ZigBee网络节点硬件设计

4.1 无线嵌入式产品开发的一般原则

4.2 ZigBee硬件实现模式及开发平台选择

4.3 CC2430芯片简介

4.3.1 CC2430芯片主要特点

4.3.2 CC2430芯片内部结构

4.3.3 CC2430端口复用情况

4.3.4 CC2430最小系统电路

4.4 网络节点硬件设计

4.4.1 电源电路设计

4.4.2 RS-232接口电路设计

4.4.3 JTAG及测试电路

4.4.4 电压检测电路

4.4.5 电流检测电路

4.4.6 温度检测电路

4.4.7 天线及PCB设计原则

4.5 本章小结

第5章 ZigBee网络节点软件设计

5.1 ZigBee网络节点软件总体结构

5.2 软件开发工具介绍

5.3 节点应用软件设计

5.3.1蓄电池参数检测模块软件设计

5.3.2 数字滤波处理软件设计

5.4 MSSTATE_LRWPAN协议栈应用研究

5.4.1 MSSTATE_LRWPAN协议栈概述

5.4.2 MSSTATE_LRWPAN协议栈实现机制

5.4.3 MSSTATE_LRWPAN协议数据包格式

5.4.4 MSSTATE_LRWPAN协议栈的树路由实现

5.4.5 MSSTATE_LRWPAN协议栈的组网应用

5.5 组网实验效果及性能测试

5.6 上位机软件设计方案

5.7 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文