基于蓝牙技术的无线测温网络系统研究

摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Network，WSN)集成了传感器技术，微机电系统技术，无线通信技术和分布式信息处理技术，是一种全新的目标跟踪监测技术。WSN于1978年提出，最早应用于军事领域，由于传感器的多样性，逐渐应用到各个领域，成为对人类未来生活产生深远影响的十大新兴技术之首。蓝牙(Bluetooth)是一种低功率短距离无线连接技术规范，爱立信公司于1995年提出并得到了全球业界的鼎力支持和协助，蓝牙技术发展迅速并被广泛应用于各领域。将蓝牙和无线传感器网络集合到一起，将使两项技术的优势得到更充分的体现，极大地促进测控技术的发展。但迄今为止，基于蓝牙的无线传感器网络的研究尚处于起步阶段，所涉及到的诸多技术还不完全成熟。 本文针对国家自然基金项目“基于高精度绝对测距功能的激光跟踪仪系统研制”需对一定区域内的环境温度进行连续、高精度监测的要求，展开了基于蓝牙技术的无线温度传感器网络系统的研究，包括系统总体结构设计、无线网络拓扑结构设计、无线网络多跳传输算法优化、无线测温节点设计以及数据处理平台设计等内容，主要可概括为以下几点： 1.根据无线传感器网络的一般构建形式及本课题的要求，完成了系统总体结构设计。系统由无线测温网络和数据处理平台组成，其中无线测温网络由多个无线传感器节点组成，各节点测量温度值并传输给PC机以备数据处理平台处理；数据处理平台由PC机及无线测温网络与PC机的接口组成。 2.根据系统要求的测温功能、无线传输功能和可移动性设计了无线温度传感器网络节点：每个节点上由测温系统、无线传输模块和自备电源三部分组成，其中由单片机控制数字温度传感器DS1624完成高精度测温，单片机通过蓝牙模块实现测量数据无线传输。 3.在无线网络拓扑结构设计中，以无线网络分布式、多跳传输及传输路径最优为基础，确定了无线网络拓扑为有中心自组织树型网络结构，确定与PC机有线连接的节点为网络中心节点，软件控制其发起无线网络连接，汇聚无线网络中其余各节点的数据并发送给PC机。 4.根据无线网络拓扑结构的特点设计了具有普遍适应性的节点ID格式，保证各节点在网络中具有唯一的ID，并可据此ID确定该节点在网络中的逻辑位置。论文进一步分析了该ID格式的扩展性及可容纳节点数，并确定了本系统中节点工D的具体构建方式。 5.根据本课题确定的无线网络拓扑结构--有中心自组织树型网络，设计了无线测温网络拓扑构建算法：无线网络连接由中心节点发起，并呈波浪式向外扩张，直到所有节点都建立连接。 本文所述的蓝牙无线测温网络系统，在充分利用成熟技术的基础上设计了无线传感器网络的拓扑结构、lD格式、数据传输模式等，解决了构建基于蓝牙的无线测温网络系统的若干技术问题，并通过实验对各节点及各功能模块进行集成和整合，实现了各模块连接、传输及功能的匹配。经实验验证，基于蓝牙的无线测温网络系统可以实现环境温度实时、连续监测，测量精度、速度及监测范围满足“基于高精度绝对测距功能的激光跟踪仪系统研制”项目的要求。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1 无线传感器网络简介

1.1.1发展历史及应用前景

1.1.2无线传感器网络基本概念

1.2蓝牙的起源与发展

1.3蓝牙的特点及优势

1.3.1蓝牙技术的特点

1.3.2蓝牙与其他几种无线通信技术的比较

1.3.3蓝牙的优势

1.4课题的来源和任务描述

1.4.1课题的来源

1.4.2课题任务描述

2无线温度传感器网络系统总体设计

2.1测温系统总体设计

2.1.1温度传感器

2.1.2测温系统设计

2.2蓝牙网络设计

2.2.1蓝牙系统的组成

2.2.2蓝牙网络和无线自组织网络

2.2.3蓝牙多跳散射网构建算法

2.3数据处理平台

2.4系统数据传输协议

3基于蓝牙的无线温度传感器网络节点的设计

3.1蓝牙温度传感器节点的硬件设计

3.1.1温度传感器选择

3.1.2蓝牙无线传输模块设计

3.1.3蓝牙温度传感器节点的电路设计

3.2.蓝牙温度传感器节点软件实现

3.2.1温度测量模块

3.2.2温度值修正

3.2.3网络节点蓝牙网络服务模块

4网络系统数据处理平台设计

4.1中心节点设计

4.1.1中心节点硬件设计

4.1.2中心节点软件实现

4.2数据处理平台上位机设计

5总结与展望

5.1关于本课题的总结

5.2展望

参考文献

科研成果

致谢