基于ZigBee技术的无线自组网传感器网络设计

摘要

无线传感器网络(Wireless Sensor Networks，WSNs)被广泛应用于环境探测、天气预报、安全、监控，以及分布式计算和目标区域成像等领域，在军事、医疗和民用等方面的应用具有深远意义。传感器网络系统集采集、传输、融合分析于一体，对于庞大的测控系统，过多的线路连接会使系统成本较高且不易维护，尤其是在现场装置空间位置不固定的情况下，采用无线传感器技术能够解决这方面的问题。 当前，温度检测有三个主要的研究方向：一是由点到线、由线到面，实现对温度场的检测；二是由表及里，通过表面检测物体内部的温度；三是由有线到无线，方便对运动物体的检测。 本文根据温度检测的研究方向，在对几种近距离无线通信协议进行分析和比较的基础上，选用ZigBee技术作为基本通讯协议，并基于该协议设计并实现了无线测温系统。 首先，对温度测量系统进行了概述，其中重点介绍了无线网络在温度测量系统中的特点和优势，接着介绍了无线传感网络的相关知识。 其次，对ZigBee协议进行了介绍，并在众多方案的基础上，提出了基于射频一体化芯片CC2430的无线传感器网络节点和基于ARM7内核的S3C44BO芯片的网关设计方案。并在此方案的基础上组建了无线测温平台。 最后，以区域温度测量为实际应用对象，搭建了一个简单的测试平台，验证该平台作为测控系统组成部分的可实现性和自组网性。

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论文说明：图表目录

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致谢

第一章绪论

1.1温度测量系统概述

1.1.1温度测量系统组成概述

1.1.2无线网络在温度测量系统中的特点和优势

1.2无线传感器网络简介

1.2.1无线传感器网络组成与特点

1.2.2无线传感器网络发展历程

1.3几种短距离无线通信技术比较

1.4文章研究内容及论文结构

1.5本章小结

第二章ZigBee技术及协议架构

2.1 ZigBee技术简介

2.2 ZigBee技术特点

2.3 ZigBee技术发展历程

2.4.ZigBee协议架构

2.4.1总体架构

2.4.2物理层主要功能

2.4.3 MAC层主要功能

2.4.4网络层主要功能

2.4.5应用层主要功能

2.5本章小结

第三章无线温度测量系统整体架构及功能设计

3.1系统的总体需求分析

3.2系统的整体架构

3.3系统的功能设计

3.4本章小结

第四章无线传感器网络平台的硬件设计

4.1节点的硬件设计

4.1.1集成化模块设计

4.1.2温度数据采集模块设计

4.1.3天线模块设计

4.1.4供电模块设计

4.1.5射频部分PCB设计基本规则

4.1.6节点设计PCB图和实物图

4.2网关的硬件设计

4.2.1微控制器及其辅助电路设计

4.2.2 USB接口电路设计

4.2.3以太网接口电路设计

4.2.4 FLASH接口电路设计

4.2.5 SDRAM接口电路设计

4.2.6网关设计PCB图和实物图

4.3本章小结

第五章温度无线传感器网络平台的软件设计

5.1无线传感器网络节点软件设计与实现

5.1.1总体流程

5.1.2程序文件结构

5.1.3程序的初始化

5.1.4网络的组建与维护

5.1.5帧控制格式

5.1.6温度采集驱动程序设计

5.2网关软件设计及实现

5.2.1 U-boot的移植与调试

5.2.2 uClinux的移植

5.2.3 S3C44B0及JTAG接口电路的调试

5.2.4 SDRAM接口电路的调试

5.2.5 Flash接口电路的调试

5.3本章小结

第六章系统功能测试

第七章总结与展望

7.1总结

7.2展望

参考文献

附录Msstate_ Irwpan PHY与MAC层函数说明

攻读硕士学位期间发表的论文