433MHz无线节点设计及组网研究

发布时间：2017-04-17 01:19

  本文关键词：433MHz无线节点设计及组网研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：无线传感器网络凭借其轻质、经济和易维护等优点,在结构健康监测领域得到了越来越广泛的应用。然而,无线信号的传播会伴随着能量的衰减,包括路径损耗和穿透损耗。当无线传感器处于封闭或半封闭的结构中发射时,巨大的穿透损耗可能导致无线信号无法穿透结构,大大限制了无线传感器网络在结构健康监测中的应用。针对上述问题,本文提出了一种具有结构穿透能力的433MHz无线应变节点的设计方法,并且研究了433MHz无线节点的组网设计。本文主要内容和创新工作如下:第一,本文针对结构健康监测中应用的无线传感器网络节点结构穿透能力差的问题,提出了一种具有结构穿透能力的433MHz无线应变节点的设计方法。实验证明,该节点能够用于应变监测,且该节点的结构穿透能力强于Telosb节点,功耗小于Telosb节点。第二,本文基于面向高吞吐量的多信道基站网络架构和433MHz无线节点,设计了多信道基站节点和双射频中转节点。实验证明,多信道基站节点能够实现提升网络吞吐量的功能,双射频中转节点能够实现无线数据包的中转功能。第三,本文针对无线传感器网络节点无线参数配置困难的问题,设计了无线节点动态配置软件,该软件采用无线的方式能够在线地重新配置叶子节点的无线参数。搭建实验系统,验证了无线节点动态配置软件的功能。本文得到了国家杰出青年基金(51225502),南京航空航天大学研究生创新基地(实验室)开放基金(项目编号kfjj130102)的资助。本文工作在机械结构力学及控制国家重点实验室完成。
【关键词】：无线传感器网络 433MHz 结构穿透能力 多信道基站网络 无线节点动态配置
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-13
• 第一章 绪论13-21
• 1.1 研究背景13-16
• 1.1.1 无线传感器网络13-14
• 1.1.2 无线传感器网络与结构健康监测14-16
• 1.2 国内外研究现状16-19
• 1.2.1 无线信号的结构穿透能力16-18
• 1.2.2 无线传感网络的大数据量传输18-19
• 1.3 本文的研究意义与主要内容19-21
• 第二章 433MHz无线应变节点的设计和研发21-42
• 2.1 433MHz无线应变节点的总体设计21-23
• 2.1.1 433MHz无线应变节点的设计要求21-22
• 2.1.2 433MHz无线应变节点的系统架构22-23
• 2.2 433MHz无线应变节点的硬件研制23-33
• 2.2.1 无线通信模块设计23-26
• 2.2.2 主控模块设计26-28
• 2.2.3 电源模块设计28-29
• 2.2.4 433MHz无线节点各模块连接关系29-30
• 2.2.5 传感模块设计30-33
• 2.2.6 电路板设计及抗干扰措施33
• 2.3 433MHz无线应变节点的软件研制33-41
• 2.3.1 节点软件开发环境34
• 2.3.2 节点软件工作流程34-36
• 2.3.3 SI4432 芯片控制接口36-37
• 2.3.4 SI4332 芯片寄存器配置37-39
• 2.3.5 SI4432 芯片的中断响应39-40
• 2.3.6 数据采集40-41
• 2.4 本章小结41-42
• 第三章 多信道基站节点和双射频中转节点的软硬件设计和研发42-74
• 3.1 多信道基站网络架构42-43
• 3.2 多信道基站节点的总体设计43-44
• 3.3 多信道基站节点的硬件设计和研发44-52
• 3.3.1 主控模块电路设计45-47
• 3.3.2 USB模块电路设计47-50
• 3.3.3 外围电路设计50-51
• 3.3.4 电路板设计及抗干扰措施51-52
• 3.4 多信道基站节点的软件设计和研发52-64
• 3.4.1 节点软件开发环境52-53
• 3.4.2 节点软件整体设计53-55
• 3.4.3 信道模块设计55-60
• 3.4.4 主控模块设计60-62
• 3.4.5 USB芯片固化程序设计62-64
• 3.5 双射频中转节点的总体设计64-65
• 3.6 双射频中转节点的硬件设计和研发65-69
• 3.6.1 主控模块电路设计65-68
• 3.6.2 外围电路设计68
• 3.6.3 电路板设计及抗干扰措施68-69
• 3.7 双射频中转节点的软件设计和研发69-72
• 3.7.1 节点软件整体设计69-70
• 3.7.2 中转流程设计70-72
• 3.8 本章小结72-74
• 第四章 无线节点动态配置软件的设计和研发74-83
• 4.1 无线节点动态配置软件的总体设计74-75
• 4.2 无线节点动态配置上位机软件开发环境75-76
• 4.3 无线节点动态配置上位机软件的设计和研发76-81
• 4.3.1 无线节点动态配置上位机软件界面76-78
• 4.3.2 无线节点动态配置上位机软件无线参数寄存器计算78-80
• 4.3.3 无线节点动态配置上位机软件数据通讯80-81
• 4.4 无线节点动态配置下位机软件的工作流程81-82
• 4.5 本章小结82-83
• 第五章 433MHz无线节点的性能验证和组网性能验证83-102
• 5.1 433MHz无线应变节点的性能测试83-90
• 5.1.1 433MHz无线应变节点的最大采样率83-84
• 5.1.2 433MHz无线应变节点功能测试84-85
• 5.1.3 433MHz无线节点的结构穿透能力测试85-89
• 5.1.4 433MHz无线节点的功耗测试89-90
• 5.2 433MHz无线节点的无线传感器网络组网性能测试90-98
• 5.2.1 433MHz无线节点的无线传感器网络吞吐量测试90-96
• 5.2.2 双射频中转节点验证实验96-98
• 5.3 无线节点动态配置软件的功能验证98-101
• 5.3.1 无线节点动态配置上位机正确性验证98-99
• 5.3.2 无线节点动态配置系统功能验证99-101
• 5.4 本章小结101-102
• 第六章 总结与展望102-104
• 6.1 全文总结102
• 6.2 研究展望102-104
• 参考文献104-109
• 致谢109-110
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文110

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