基于ZIGBEE无线网络的静压式液位计系统研制

发布时间：2017-07-20 10:01

  本文关键词：基于ZIGBEE无线网络的静压式液位计系统研制

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【摘要】：静压式液位计是液位测量的重要工具,主要用于工业生产过程中对罐、釜、塔等液位的监测。随着工业生产自动化、网络化要求的不断提高,特别是无线传感器网络的发展,现有的静压式液位计已越发不能满足工业自动化的需求。主要存在以下三个弊端:有线方式连接布线复杂、信号采集实时性差、信号传输率低。为了实现对工业现场液位仪表的无线接入,信号实时采集,及提高信号传输率。将静压式液位计压力测量模块与无线传感器节点相结合,研制出一套基于ZIGBEE无线网络的静压式液位计系统,对工业现场液位仪表数据进行实时采集、传输和处理。系统的硬件电路围绕TI公司CC2530F256芯片设计,软件设计基于ZIGBEE802.15.4协议,组网设计基于AODVjr节能协议。本文还考虑到在大规模组网环境下,如采用单一SINK节点时,SINK节点会因为大量转发周围其他节点数据,从而导致其电量迅速消耗,最终使得整个无线传感器网络失效。为了保证系统网络的健壮性,减少传感器节点到SINK节点的跳数,采用多SINK节点部署方法,并通过网络功耗函数及网络成本函数比值,推算出在保证网络健壮性最佳的同时网络成本最低,即最优SINK节点数。并通过NS2网络模拟软件进行仿真,通过仿真表明,最优SINK节点数与网络规模、关键节点数、节点功耗以及普通节点与SINK节点成本等参数有关,通过仿真验证了该理论的正确性。
【关键词】：静压式液位计 ZIGBEE NS2 网络健壮性
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH816;TN92;TP212.9
【目录】：

• 摘要8-9
• Abstract9-13
• 第1章 绪论13-16
• 1.1 课题背景及意义13-14
• 1.2 国内外的发展现状14
• 1.3 本文研究内容14-16
• 第2章 ZIGBEE无线传感器网络16-23
• 2.1 ZIGBEE技术介绍16-17
• 2.2 ZIGBEE通信的技术优势17
• 2.3 ZIGBEE协议栈（IEEE802.15.4）17-21
• 2.3.1 IEEE802.15.4 的主要特征18-19
• 2.3.2 ZIGBEE与IEEE802.15.4 的关系19-21
• 2.4 ZIGBEE无线网络拓扑结构21-22
• 2.5 ZIGBEE的应用范围22-23
• 第3章 ZIGBEE网络静压式液位计系统设计23-55
• 3.1 传统静压式液位计结构改进23-24
• 3.2 静压式液位计系统硬件设计24-30
• 3.2.1 静压式液位计系统无线传感器节点的设计24-26
• 3.2.2 CC2530芯片简介26
• 3.2.3 天线的设计26-27
• 3.2.4 晶振电路设计27-28
• 3.2.5 电源设计28
• 3.2.6 LED指示灯设计28-29
• 3.2.7 CC2530芯片AD转换29
• 3.2.8 RS232串口设计29-30
• 3.3 无线压力传感器模块设计30-32
• 3.3.1 常压罐体的无线压力传感器设计30-32
• 3.3.2 带压罐体的无线差压传感器设计32
• 3.4 系统设计原理32-33
• 3.5 电量自给系统设计33
• 3.6 基于ZIGBEE网络的电动执行器设计33-35
• 3.7 静压式液位计网络数据包结构35
• 3.8 静压式液位计系统程序设计35-37
• 3.9 创建工程37-51
• 3.9.1 建立终端节点、路由器节点、协调器工程37-39
• 3.9.2 工程设置39-40
• 3.9.3 路由器工程选项设置40-42
• 3.9.4 任务与事件42-44
• 3.9.5 设备信息设置44-46
• 3.9.6 协调器建网与组网46-48
• 3.9.7 获取设备信息48-49
• 3.9.8 数据通信49
• 3.9.9 NV存储49-51
• 3.10 系统演示51-55
• 第4章 静压式液位计系统多SINK节点布置55-77
• 4.1 静压式液位计系统ZIGBEE协议栈介绍55-58
• 4.1.1 物理层(PHY)规范55-56
• 4.1.2 媒介层(MAC)规范56-57
• 4.1.3 网络层(NWK)规范57
• 4.1.4 应用层(APL)规范57-58
• 4.2 ZIGBEE网络组网58
• 4.3 ZIGBEE路由58-59
• 4.3.1 ZIGBEE路由建立58-59
• 4.3.2 链路维护过程59
• 4.4 ZIGBEE协议层低功耗的设计59-60
• 4.5 AODVjr节能算法60-61
• 4.6 多SINK节点的部署61-65
• 4.6.1 液位计系统网络健壮性部署方法62-63
• 4.6.2 网络消耗成本63
• 4.6.3 SINK节点优化63-65
• 4.7 静压式液位计系统组网仿真65-73
• 4.7.1 NS2概述65
• 4.7.2 NS2模拟的基本流程65-70
• 4.7.3 NS2软件对液位计系统的建模仿真70-73
• 4.8 NS2仿真结果73-77
• 第5章 总结与展望77-78
• 参考文献78-81
• 致谢81-82
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文82

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本文编号：567407