机动车性能检测ZigBee数据采集系统的研究与实现

论文摘要

本文针对现有机动车性能检测仪器的不足并结合其发展的实际需要,提出了采用ZigBee技术实现机动车性能检测传感器数据采集的新方法,建立了基于ZigBee无线通信技术的数据采集系统。该系统采用星形网络拓扑结构,其中无线传感器节点采集速度、油耗和制动信号数据并进行前端处理,协调器节点接收数据并将数据通过串行接口发送给便携式设备,实现了机动车性能检测无线数据采集与处理系统。ZigBee技术是一种新兴的无线通信技术,采用抗干扰性能优越的直接序列扩频技术和偏移-正交相移键控调制技术,特别适合应用于较强干扰的工业环境中。目前zigBee技术还未应用于机动车性能检测领域,这给了本课题更大的研究应用空间。本文从整体的角度分析了基于ZigBee技术的无线采集方案,给出了具体的软硬件设计和实现,以及抗干扰、可靠性的分析和设计。ZigBee无线通信技术是硬件和软件相结合的技术,采用类似OSI网络结构的分层体系结构。本文针对其硬件和软件实现进行了深入研究,并在不同章节对其各层进行详细论述。首先在设计方案论证中详细分析了ZigBee技术底层硬件的主要特性;随后详细论述了油耗、速度传感器采用的相关技术,并结合本设计使用的Microchip ZigBee协议栈对整个ZigBeev1.0协议栈的实现进行了系统论述;ZigBee应用层与应用程序紧密相连,在软件设计中结合协调器节点主程序框架,对ZigBee协议栈应用层的原语操作、相关函数和协议栈状态标志进行阐述,重点对传感器节点中断采集程序以及ZigBee协议栈发送接收程序设计进行介绍。最后给出系统测试结果。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 ZigBee与Bluetooth无线通信技术的比较
• 1.3 ZigBee无线通信技术发展与应用
• 1.3.1 ZigBee无线通信技术发展概述
• 1.3.2 ZigBee无线通信技术研究水平
• 1.3.3 ZigBee无线通信技术的发展前景
• 1.4 本课题的主要研究内容及创新点
• 1.4.1 本课题的主要研究内容
• 1.4.2 本课题的创新点
• 1.5 本文结构
• 第二章 系统设计实施方案
• 2.1 系统总体设计方案
• 2.1.1 ZigBee无线数据采集系统基本原理及结构框图
• 2.1.2 ZigBee协调器节点
• 2.1.3 ZigBee无线传感器节点
• 2.2 ZigBee无线采集系统设计方案论证
• 2.2.1 ZigBee直序扩频技术概述及主要干扰分析
• 2.2.2 ZigBee无线通信干扰抑制技术
• 2.3 本章小结
• 第三章 ZigBee无线节点关键技术研究
• 3.1 油耗传感器设计及信号编码处理技术
• 3.1.1 油耗传感器码盘设计
• 3.1.2 油耗传感器编码处理技术
• 3.2 速度传感器信号处理技术
• 3.2.1 速度传感器调理电路
• 3.2.2 油耗传感器采样处理技术
• 3.3 ZigBee协议栈实现分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 系统硬件设计
• 4.1 主要硬件器件选型及设计
• 4.1.1 ZigBee无线节点射频模组
• 4.1.2 ZigBee传感器节点设计
• 4.2 外围硬件电路选型及设计
• 4.2.1 电源电路芯片选用及设计
• 4.2.2 UART串行通信接口电路设计
• 4.3 系统抗干扰和可靠性设计
• 4.3.1 机动车电磁干扰的来源及其机理
• 4.3.2 提高系统干扰抑制及可靠性的措施
• 4.4 本章小结
• 第五章 系统软件设计
• 5.1 系统软件总体设计
• 5.1.1 系统功能设计
• 5.1.2 系统软件流程设计
• 5.1.3 系统集成开发环境
• 5.2 ZigBee协议栈应用层操作
• 5.3 应用层数据帧设计
• 5.3.1 传感器节点应用层命令帧设计
• 5.3.2 协调器节点串行通信数据帧设计
• 5.4 ZigBee节点数据采集和处理
• 5.4.1 油耗传感器节点数据采集和处理
• 5.4.2 速度传感器节点数据采集和处理
• 5.4.3 制动信号传感器节点数据采集和处理
• 5.4.4 ZigBee节点数据包发送接收
• 5.5 实验分析
• 5.6 本章小结
• 第六章 总结及展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果