无线传感器网络实验平台研究及设计

论文摘要

设计了一种基于PIC18F4620单片机、CC2420无线收发芯片以及ZigBee技术的无线传感器网络实验平台。为克服无线传感器网络监控范围有限、通信距离短的缺点,采用西门子公司的TC35手机模块,利用GSM网络实现对无线传感器网络的远程监控。首先介绍了无线传感器网络的国内外研究现状及无线传感器网络系统设计的关键技术,并通过比较当前几种热门的通信技术与ZigBee技术的差异,深入研究了ZigBee技术的特点及其层次化的协议栈;其次详细阐述了无线传感器网络节点的硬件设计及协议栈的开发及应用程序的实现;最后对所设计的无线传感器网络实验平台进行了性能测试,并以温度测试为例,验证了该实验平台对温度的感应灵敏度及数据采集的可靠程度。测试结果表明,该平台各项功能运行正常,节点间最大通信距离达到67米,在选定温度传感器条件下,系统温度采集最大误差为0.8℃,通过该无线传感器网络能正确获取各传感器节点数据,并及时发送至汇聚节点,经汇聚节点传送到上位机管理系统,达到了预期的设计目标。远程监控系统能及时准确地发送报警信息和接收远程控制命令,但电话报警存在失败情况,还需要进一步改进。所设计的无线传感器网络节点预留了SPI、I~2C、A/D等传感器常用接口,因此该实验平台既可作为学习无线传感器网络及ZigBee协议的实验平台,也可通过连接不同的传感器用于家居智能控制、安全防火系统等其它应用领域系统开发,可有效缩短项目开发周期,提高开发效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的意义
• 1.2 无线传感器网络
• 1.2.1 无线传感器网络的起源和发展
• 1.2.2 无线传感器网络的特点与应用
• 1.2.3 无线传感器网络系统设计的关键技术
• 1.3 课题研究的主要内容
• 1.4 论文组织结构
• 第2章 ZigBee技术
• 2.1 ZigBee技术概述
• 2.1.1 ZigBee技术由来
• 2.1.2 ZigBee联盟
• 2.1.3 几种无线协议的比较
• 2.1.4 ZigBee技术的特点
• 2.2 ZigBee协议栈
• 2.2.1 IEEE802.15.4 PHY层
• 2.2.2 IEEE802.15.4 MAC层
• 2.2.3 网络层
• 2.2.4 应用层
• 2.2.5 ZigBee安全管理
• 第3章 无线传感器网络实验平台的设计与实现
• 3.1 微控制器的选型与模块设计
• 3.1.1 PIC系列单片机
• 3.1.2 微控制器功能与整体设计
• 3.1.3 主控模块的外围电路及传感器接口设计
• 3.2 无线数据传输模块
• 3.2.1 无线射频芯片的选型
• 3.2.2 2.4GHz无线收发芯片CC2420
• 3.3 无线模块与微控制器的连接
• 3.4 基于GSM网络的远程监控实现
• 3.4.1 TC35介绍
• 3.4.2 TC35与无线传感器网络
• 第4章 ZigBee协议在无线传感器网络平台上的实现
• 4.1 ZigBee协议组网相关内容
• 4.1.1 网络关联
• 4.1.2 端点、接口、群集、属性和配置文件
• 4.1.3 数据传输机制
• 4.2 平台上的ZigBee网络配置
• 4.2.1 协调器节点功能说明
• 4.2.2 RFD节点功能说明
• 4.3 平台上实现的ZigBee协议栈
• 4.3.1 协调器节点的协议栈
• 4.3.2 路由节点的协议栈
• 4.3.3 RFD节点的协议栈
• 4.3.4 协调器节点,路由节点,RFD节点的不同
• 4.4 协议栈文件及功能
• 4.4.1 物理层文件
• 4.4.2 MAC层文件
• 4.4.3 网络层文件
• 4.4.4 APS层文件
• 4.4.5 APL层文件
• 第5章 无线传感器网络实验平台功能及测试
• 5.1 平台功能
• 5.1.1 协调器初始化网络
• 5.1.2 加入网络
• 5.1.3 节点间通信
• 5.1.4 传感器功能
• 5.1.5 支持节点RSSI定位功能
• 5.1.6 远程监控功能
• 5.2 平台功能测试
• 5.3 系统整体测试
• 5.4 温度数据的采集
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表（含录用）的学术论文