多点设备信息无线采集系统

发布时间：2017-03-20 14:09

  本文关键词：多点设备信息无线采集系统，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：基于无线传感器网络的数据采集方式作为一种新兴的数据采集技术,具有节点布置简单,灵活性高,价格低廉的优点,使无线传感器网络逐渐代替了传统的有线数据采集方式。比较了几种短距离无线通信方式,Zig Bee技术的功耗和成本更低、组网性能强、体积小的优点,可以满足无线传感网络的技术需求。本文选用了Zig Bee技术方案,将Zig Bee通信与数据采集技术相结合,设计并实现了基于Zig Bee无线通信方式的数据采集方案。针对LEACH路由算法存在一些问题,比如说节点的剩余能量,簇头与基站的通信路径等,本文提出了一种改进算法。改进算法在簇头选举过程中,首先考虑节点剩余能量的大小,降低一些低能量节点成为簇头的可能性,并且簇头在数据传输的时候,采用多跳通信方式,减少了远距离簇头节点的能耗问题。整个系统分为数据采集终端和数据汇聚节点两个部分。以低功耗处理器STM32F103VBT6和CC2530射频芯片为系统硬件平台。其中,低功耗的微处理器STM32F103VBT6具有丰富的外设,能够扩展传感器实现多路数据采集,为搭载不同种类的传感器设计了数字和模拟传感器接口,无线射频模块采用CC2530芯片实现数据的发送和接收。系统采用电池供电,并且将模拟电源和数字电源分开设计,提高数据采集的可靠性。在IAR Embedded Workbench集成编译器开发环境下进行了数据采集系统的下位机软件设计,下位机软件设计包括对模拟信号和数字信号的数据采集、无线射频收发、USB串口通信和SPI通信等。本文最后系统进行了测试和验证。主要测试了射频模块的射频发射性能,点对点数据的传输以及数据采集节点的工作寿命。结果证明了本文设计的基于无线传输的数据采集系统方案是可行的,能够采集多路数据,并具有易搭建、低功耗的优点。
【关键词】：无线传感器网络 数据采集 改进LEACH算法 STM32F103VBT6 CC2530
【学位授予单位】：西安工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-14
• 1.1 课题研究的背景及意义10
• 1.2 无线传感器国内外发展现状10-12
• 1.3 本课题的研究内容及创新点12-13
• 1.4 论文结构13-14
• 2 ZigBee协议标准14-22
• 2.1 ZigBee技术的发展14
• 2.2 ZigBee技术的网络拓补结构14-15
• 2.3 IEEE802.15.4 协议规范15-16
• 2.3.1 物理层15-16
• 2.3.2 MAC层16
• 2.4 ZigBee协议规范16-18
• 2.4.1 网络层17-18
• 2.4.2 应用层18
• 2.5 ZigBee与其他短距离无线技术的比较18-20
• 2.6 本章小结20-22
• 3 系统总体硬件设计22-38
• 3.1 系统性能设计原则22
• 3.2 系统节点结构设计22-23
• 3.3 数据处理控制模块23-32
• 3.3.1 微处理器STM32F103VET623-26
• 3.3.2 传感器接口电路26-27
• 3.3.3 电源电路模块设计27-28
• 3.3.4 SPI接口模块28-29
• 3.3.5 JTAG接口模块29-30
• 3.3.6 FLASH接口模块30-31
• 3.3.7 USB串口模块31-32
• 3.4 无线射频收发模块32-34
• 3.5 系统的硬件实现与调试34-36
• 3.5.1 系统的硬件实现34-36
• 3.5.2 系统的硬件调试36
• 3.6 本章小结36-38
• 4 系统路由算法的研究与选取38-46
• 4.1 无线传感器网络的路由算法38
• 4.2 分簇算法的特点38-39
• 4.3 经典分层路由算法39-40
• 4.3.1 TEEN路由算法39
• 4.3.2 经典LEACH路由算法39-40
• 4.4 改进的LEACH路由算法40-44
• 4.4.1 能量模型41
• 4.4.2 簇头的选择41-42
• 4.4.3 簇间的最小生成树路由42-43
• 4.4.4 仿真结果对比及分析43-44
• 4.5 本章小结44-46
• 5 下位机软件设计46-56
• 5.1 IAR软件的开发平台简介46
• 5.2 无线网络组网通信的实现46-48
• 5.2.1 协调器节点组建网络46-47
• 5.2.2 节点入网47-48
• 5.2.3 网络通信的实现48
• 5.3 无线射频收发程序设计48-50
• 5.3.1 无线模块发送程序设计48-49
• 5.3.2 无线模块接收程序设计49-50
• 5.4 数据采集程序设计50
• 5.5 综合数据处理程序设计50-54
• 5.5.1 汇聚节点与上位机的串口通信50-51
• 5.5.2 微处理器与无线射频模块通信51-53
• 5.5.3 综合处理终端主程序53-54
• 5.6 软件调试54
• 5.7 本章小结54-56
• 6 系统测试与分析56-62
• 6.1 系统整体实现56-57
• 6.2 射频性能测试57-58
• 6.3 数据采集节点工作寿命测试58-59
• 6.4 数据传输测试59-60
• 6.5 本章小结60-62
• 7 总结与展望62-64
• 7.1 工作总结62-63
• 7.2 今后工作展望63-64
• 参考文献64-68
• 作者攻读学位期间发表论文清单68-70
• 致谢70

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