工业现场WSN平台及自组织协议的研究

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在现代工业领域,环境信息的监测越来越受到人们的重视。传统工业环境大多采用有线连接的现场总线技术。然而有线介质不仅会带来布线复杂、移动性差、成本高以及线缆老化等问题,而且一些特殊的现场环境不允许布线。在这种情况下,无线传感器网络的微型化、低成本、自组织等特性引起了国内外研究人员的广泛关注。现已有许多标准化的网络通信协议应用于工业无线传感器网络。本文通过对几种短距离无线通信协议的分析,决定采用自组织协议来实现温湿采集系统。文中主要完成了硬件平台的搭建,自组织协议的设计,软件程序的编写。作者需要完成的工作如下:1.方案选择:首先对无线传感器网络进行概述,并对常见的几种短距离无线通信协议作了比较,考虑到工业现场的实际应用,本文选择自组织协议来实现平台数据的采集,从系统能耗、组网难易和开发周期等几个方面着手进行设计。2.硬件设计与实现:智能节点分为主节点、中继节点和数据节点,每个节点又由微处理器模块、无线模块及传感器模块等组成,它们的硬件基本相同,但功能不同。主要包括TI的MSP430F149微处理器模块,Silicon Labs的Si4432无线模块,以及采集温湿度的DS18B20、CHM-02/N,并设计了相关的外围电路。3.自组织协议的设计:协议主用于实现所有节点间的组网及通信。为此,设计了适合工业现场环境信息采集及传输的帧格式,节点的自组网算法,并保证了系统的低功耗。4.软件设计与实现:在自组织网络协议的基础上,首先介绍了软件开发平台IAR、底层函数,然后介绍了三类节点的工作过程及相关程序设计,最后通过编写温湿度采集程序,实现了系统数据采集及传输等功能。5.系统的测试:在完成系统的软硬件及自组织协议的设计之后,平台采用三个节点进行测试。通过点对点通信、信道忙闲检测、组网以及数据采集测试表明,此系统能够稳定地运行。
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