基于UWB通信的无线传感网络技术研究

发布时间：2023-02-12 09:05

　　无线传感器网络作为现代物联网的核心技术,起着数据采集,传输的重要作用,其组网技术是保证数据能够良好传输的关键所在。随着时代的发展,也对无线传感器网络所适用的环境提出了新的要求,针对室内舱内等复杂通信环境,研究一种更高速,更低耗,更抗干扰的无线传感器网络是十分必要的。UWB作为一种高频,超宽带的通信方式,兼具高速率和低功耗的特点,但目前尚没有将其用于组网的研究。本课题设计并实现了一套基于UWB的无线传感器网络系统,网络中包含有数据采集,数据传输,从而实现一种具有高通信速率、低功耗、中距离的适用于室内舱内环境的无线传感器网络。主要内容包括:首先根据无线传感器网络的功能设计了包括组网协调器、路由节点、数据采集终端节点和监控上位机的总体方案,分析确定了以星状网络和树状网络为拓扑结构的网络结构。实现了基于STM32的SPI通信控制UWB收发模块DWM1000的无线路由节点、协调器节点的硬件平台设计。设计实现了基于STM32的AD的多路终端数据采集节点的设计,可以采集3路0-5V的电压,和3路4-20m A的电流。然后基于硬件平台着重研究了星形网络和树状网络的协议并进行了实现,通过这样的网络,就可...

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状及分析
        1.2.1 UWB通信技术
        1.2.2 国内外现状综述
    1.3 本课题研究内容
第2章 系统总体方案设计
    2.1 引言
    2.2 系统整体方案
    2.3 节点设计方案
    2.4 UWB收发芯片选取
        2.4.1 DWM1000物理层的支持
        2.4.2 DWM1000对MAC层协议的支持
    2.5 网络拓扑结构方案
        2.5.1 星形网络结构设计方案
        2.5.2 树状网络结构设计方案
    2.6 本章小结
第3章 系统硬件设计与实现
    3.1 引言
    3.2 主控模块设计
    3.3 UWB收发模块设计
    3.4 电源供电模块设计
    3.5 数据采集部分AD设计
    3.6 外围电路及模块设计
        3.6.1 OLED辅助调试模块
        3.6.2 串口调试模块
        3.6.3 按键配址模块
    3.7 PCB的设计与实现
    3.8 本章小结
第4章 系统软件实现
    4.1 引言
    4.2 软件结构设计
        4.2.1 MAC层的帧结构实现
        4.2.2 传输指令设计
        4.2.3 数据传输的数据头设计
        4.2.4 上位机指令
        4.2.5 DMA获取AD数据采集设计
    4.3 点对点通信研究
    4.4 星形网络协议实现
    4.5 树形网络协议实现
        4.5.1 树状网络网络概述以及路由算法
        4.5.2 树状网络结构体设计
        4.5.3 树状网络入网过程
        4.5.4 树状网络拓扑获取过程
        4.5.5 树状网络网络广播
        4.5.6 上位机支持的数据获取过程
        4.5.7 上位机软件设计
        4.5.8 辅助软件设计
    4.6 本章小结
第5章 系统功能测试
    5.1 引言
    5.2 硬件功能测试
        5.2.1 点对点通信测试
        5.2.2 数据采集功能验证
    5.3 星形网络通信测试
    5.4 树状网络通信测试
        5.4.1 树状网络入网测试
        5.4.2 树状网络拓扑获取和自愈合功能测试
        5.4.3 树状网络数据路由传输测试
        5.4.4 通信距离测试
    5.5 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢



本文编号：3740798