基于TinyOS的无线传感器系统的研究与实现

发布时间：2017-09-16 13:20

  本文关键词：基于TinyOS的无线传感器系统的研究与实现

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【摘要】：近年来,随着传感器技术的不断发展,分布式处理技术的日益成熟,结合嵌入计算技术与通信技术的快速进步,无线传感网的发展越发强劲。越来越多的科研人员正投身于传感器网络的研究当中。然而目前国内研究阶段的大多数的无线传感器节点在实际的应用中存在一些限制和约束,如通信能力不佳,处理性能薄弱,开发方式落后,使其无法应对日益复杂的应用要求。针对以上问题,本文从硬件和软件两个方面着手解决。硬件上,经过合理的硬件芯片选型搭建了一个传感器硬件节点平台,采用微控制器MSP430F5419A作为节点的核心处理模块,以提高节点的计算处理能力;为了有效提高传感器节点的无线通信能力,实现远距离的无线传输,选择发射功率大,接收灵敏度高,且能够工作于780MHz的AT86RF212作为无线射频模块;以SHT11、TSL2561作为节点的温湿度和光照度采集模块实现灵敏可靠的数据采集。在此基础上对各个模块进行了详细的电路设计;面对硬件编程复杂,开发效率低的问题,提出将TinyOS无线传感器网络操作系统应用于节点之上,针对TinyOS相应地移植了各硬件模块的驱动代码,分析研究了系统提供的网络服务和网络协议。基于上述TinyOS平台,统一编写了汇聚节点与传感器节点的应用程序,实现了数据的采集和多跳传输。同时,使用Python和QT编写了上位机软件与用户交互,实现了采集数据的展示和告警。最后,在实际环境中测试了该节点的数据采集功能、无线传输性能以及网络性能,表明其可以切实实现灵敏可靠的信息采集,具有较远的无线传输距离和较强的网络自组织自愈能力。
【关键词】：无线传感网 TinyOS AT86RF212 数据采集
【学位授予单位】：南京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 课题研究背景8-10
• 1.2 本文主要研究工作及章节安排10-12
• 第二章 无线传感器网络操作系统12-24
• 2.1 无线传感器网络12-15
• 2.1.1 无线传感器网络体系结构12-13
• 2.1.2 无线传感器网络的特点13-14
• 2.1.3 操作系统的设计要求14-15
• 2.2 现有无线传感网操作系统的比较与分析15-18
• 2.2.1 几种典型的无线传感网操作系统15-17
• 2.2.2 TinyOS与其他操作系统的比较17-18
• 2.3 TinyOS操作系统相关技术分析18-23
• 2.3.1 TinyOS硬件抽象架构19-20
• 2.3.2 TinyOS下nesC编程20-21
• 2.3.3 TinyOS应用开发流程21-22
• 2.3.4 搭建TinyOS开发环境22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第三章 无线传感器节点硬件平台24-35
• 3.1 硬件平台设计要求24-26
• 3.1.1 无线传感器节点的硬件结构24-25
• 3.1.2 无线传感器节点设计要求25-26
• 3.2 节点整体设计方案26-28
• 3.3 各模块特点与电路设计28-34
• 3.3.1 微控制器模块28-30
• 3.3.2 无线射频模块30-32
• 3.3.3 温湿度传感器模块32-33
• 3.3.4 光照度传感器模块33-34
• 3.3.5 其它模块34
• 3.4 本章小结34-35
• 第四章 无线传感器节点系统软件设计与实现35-54
• 4.1 硬件层驱动移植35-43
• 4.1.1 微控制器驱动移植35-37
• 4.1.2 射频驱动移植37-41
• 4.1.3 温湿度传感器驱动实现41-43
• 4.1.4 光照度传感器驱动实现43
• 4.2 网络层路由协议43-48
• 4.2.1 汇聚服务44-45
• 4.2.2 CTP协议45-46
• 4.2.3 CTP实现46-48
• 4.3 应用层程序设计48-51
• 4.3.1 节点程序总体设计48-49
• 4.3.2 各功能模块设计49-51
• 4.4 上位机软件设计51-53
• 4.4.1 上位机界面设计51-52
• 4.4.2 串口通信设计52-53
• 4.5 本章小结53-54
• 第五章 系统性能测试与分析54-61
• 5.1 数据采集测试54-55
• 5.2 传输距离测试55-58
• 5.3 网络性能测试58-60
• 5.4 本章小结60-61
• 第六章 总结与展望61-63
• 6.1 论文总结61-62
• 6.2 工作展望62-63
• 参考文献63-66
• 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文66-67
• 附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目67-68
• 致谢68

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1 张Y，

本文编号：863285