基于无线传感器网络的远程路灯监控系统设计

摘要

我国城市化进程不断加快，照明需求也日益突出。传统路灯系统中，定时式开关由于成本低廉、安装便捷等优点，成为主流解决方案。然而，定时式开关灵活性差，使路灯设备能耗较大。因此，引入具有无线/有线通信功能的路灯监控系统，改善设备能耗大及日常维护困难等问题变得非常重要。
　　无线传感器网络是由大量微型传感器节点通过无线通信方式形成的一个多跳自组织网络。实际应用中，无线通信方式包括ZigBee、蓝牙、Wi-Fi等技术。其中ZigBee技术是一种较为理想的解决方案。
　　ZigBee是一种低功耗、低成本、低速率的无线通信技术，主要用于近距离无线数据传输。本文以无线传感器网络为基础，以ZigBee技术为工具搭建一个路灯监控系统。并通过这一过程，掌握ZigBee技术的协议规范、网络拓扑结构及路由算法等内容。
　　本文主要工作包括以下几个方面:
　　1.前两章总结了路灯监控系统的国内外现状及未来发展趋势;介绍了无线传感器网络的概念、IEEE802.15.4标准以及ZigBee的四层网络结构;根据路灯系统功能需求设计了系统总体方案。
　　2.第三章根据路灯系统方案，使用CC2430芯片实现路灯之间的ZigBee通信功能。依据路灯系统实际需求合理地选定传感器类型、完成电路连接、设计两种路灯节点方案，并绘制PCB板，完成系统硬件部分的工作。
　　3.第四章介绍了ZigBee协议的工作原理、路由算法、网络拓扑结构和地址分配等问题。分析了Z-Stack协议栈的运行方式和工作流程。根据系统方案修改相关代码，实现网络组建、数据透明传输、故障信息采集和发送、路灯控制、路灯状态信息传输等功能;设计了上位机监控界面，完成系统软件部分的工作。
　　4.第五章完成网络组建、数据透明传输、故障信息采集和发送、路灯控制、路灯状态信息传输等测试，验证路灯系统满足设计要求。最后分析和解决了ZigBee设备休眠机制问题。
　　5.第六章对本文工作进行了总结，指出研究中存在的若干问题和不足之处，为后续工作的开展奠定基础。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 课题研究背景和意义

1．2 远程路灯监控系统研究现状和发展趋势

1．3 远程路灯监控系统现有问题

1．4 本文主要研究内容

2 ZigBee技术概述和系统总体方案设计

2．1 几种短距离无线通信技术

2．2 ZigBee技术概述

2．2．1 ZigBee技术特点

2．2．2 物理层规范

2．2．3 MAC层规范

2．2．4 网络层规范

2．2．5 应用层规范

2．3 ZigBee技术应用领域

2．4 IEEE 802．15．4标准和ZigBee

2．4．1 IEEE 802．15．4标准介绍

2．4．2 IEEE 802．15．4标准和ZigBee关系

2．5 远程路灯监控系统总体方案设计

2．6 本章小结

3 远程路灯监控系统硬件设计

3．1 CC2430芯片概述

3．2 远程路灯监控系统设备选定

3．2．1 红外传感器

3．2．2 光强度传感器

3．2．3 路灯设备比较

3．3 路灯节点设计

3．4 本章小结

4 远程路灯监控系统软件设计

4．1 Z-Stack协议栈和IAR开发平台简介

4．2 远程路灯监控系统网络建立和软件开发

4．2．1 ZigBee通信原语

4．2．2 路灯监控系统拓扑结构

4．2．3 路灯监控系统网络组建流程

4．2．4 协议栈软件应用程序开发

4．3 串口数据通信与控制方式

4．4 路灯监控系统上位机设计

4．4．1 上位机监控界面设计

4．4．2 上位机与下位机联系

4．5 本章小结

5 远程路灯监控系统调试

5．1 ZigBee设备网络组建

5．2 ZigBee设备数据透明传输

5．3 ZigBee设备信息采集和发送

5．4 路灯设备控制

5．5 ZigBee设备休眠机制

5．6 本章小结

6 总结和展望

6．1 工作总结

6．2 进一步工作建议

参考文献

图索引

表索引

作者简历

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