基于无线传感网络的环境温度监测系统的设计与实现

论文摘要

传统的环境温度监测系统都是有线的，由于受到许多特殊的地理条件的限制，如煤矿井下工作区，对有线网络、有线传输的布线工程带来极大的不便，采用有线传输施工周期长、成本高，甚至根本无法实现。所以本文采用Zigbee无线传感器网络技术，设计了一套无线环境温度监测系统，组建Zigbee无线传感网络，实时采集被监测区域的温度信息，并通过网络互联技术完成Zigbee无线传感网络与以太网的连接，将采集的信息传送到远距离的监控中心，由监控中心控制整个网络系统，实现远程实时监控的目的。本文分析了几种无线通信技术的优缺点，得出了Zigbee技术最适合组建无线环境温度传感网的结论，并详细叙述了系统各个模块的设计思路、要求、方法和目标，设计了系统各部分硬件及相关软件。本文利用网络互联技术完成Zigbee无线传感网络与以太网的连接，采用Time协议实现系统网络时间校正，并提出了嵌入式服务器的设计思路。最后，对系统进行了测试，并总结了系统的优缺点和设计心得，提出了系统的不足之处和改进方案。本系统具有良好的人机交互界面和远程访问功能，操作系统具有良好的可移植性。本系统的扩展性好，可以根据需要方便地在传感器节点上进行传感器的扩充以实现更多功能。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 目录
• 1 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 无线传感网络的发展历程
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 无线传感网络的应用及发展趋势
• 1.4.1 WSN 的应用
• 1.4.2 WSN 的发展趋势
• 1.5 无线环境温度监测系统的理论依据
• 1.6 本课题的主要研究内容
• 2 ZigBee 协议和网络拓扑结构
• 2.1 ZigBee 技术介绍
• 2.1.1 ZigBee 技术特点
• 2.1.2 几种无线通信技术比较
• 2.2 ZigBee 协议
• 2.2.1 PHY 层工作机制
• 2.2.2 MAC 层工作机制
• 2.2.3 网络层参考模型
• 2.2.4 ZigBee 应用层功能
• 2.3 ZigBee 网路拓扑结构
• 2.4 ZigBee 路由算法
• 2.5 ZigBee 的安全和加密
• 2.6 本章小结
• 3 系统方案实现
• 3.1 系统设计要求
• 3.2 系统总体设计方案
• 3.3 传感器模块
• 3.4 网关节点模块
• 3.5 上位机监控软件
• 3.6 本章小结
• 4 系统的硬件设计
• 4.1 系统的整体硬件构成
• 4.2 传感器节点硬件设计
• 4.2.1 CC2430 处理器模块
• 4.2.2 温度传感器 DS18B20 模块
• 4.2.3 传感器与处理器的接口设计
• 4.3 网关节点硬件设计
• 4.3.1 MSP430 处理器模块
• 4.3.2 DM9000 控制器
• 4.3.3 网关节点电路设计
• 4.4 USB 转串口通信电路设计
• 4.5 电源电路设计
• 4.6 液晶显示电路设计
• 4.7 本章小结
• 5 系统的软件设计
• 5.1 系统的软件开发平台
• 5.2 传感器节点软件设计
• 5.2.1 节点加入网络
• 5.2.2 采集温度
• 5.3 网关节点软件设计
• 5.3.1 网络设定
• 5.3.2 协调器程序设计
• 5.4 路由器程序设计
• 5.5 系统定时工作的时间校正
• 5.6 CC2430 休眠唤醒
• 5.7 嵌入式服务器软件设计
• 5.8 串口接收数据流程
• 5.9 本章小结
• 6 系统调试
• 6.1 系统硬件调试
• 6.2 系统通信调试
• 6.3 温度采集测试
• 6.4 温度监测系统测试
• 6.5 本章小结
• 7 总结与展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集