基于无线传感器网络的数据采集技术研究

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本文主要研究了基于无线传感器网络的数据采集技术。主要工作包括: 第一章介绍了无线传感器网络的体系结构,特点以及应用领域,研究现状。 第二章分析了适于无线传感器网络的IEEE802.15.4/ZigBee的协议架构,主要包括IEEE802.15.4PHY层和MAC层结构、功能及主要特点:以及ZigBee网络层、应用层基本结构、网络实体及其功能。 第三章给出了一种包括无线传感器网络节点、模拟量输入/输出智能模块、开关量输入/输出智能模块、RS232/485转换智能模块、协议转换网关、GPRS/CDMA数据传输终端(DTtJ)的基于无线传感器网络的数据采集系统结构。给出无线传感器网络节点设计方案,主要包括微控制器Alrnega 128L、射频芯片Chipcon CC2420、PCB板及单极天线等功能单元,在此基础上实现了覆盖范围100米(室外开阔环境)的无线传感器网络节点的硬件。给出了模拟量输入/输出、开关量输入/输出、RS232/485转换等智能模块设计方案,主要包括微控制器AT89S52、AD转换器AD7712、DA转换器AD7836、波特率自调节芯片ST-01、模拟输入过压保护、双看门狗、工业级电源电路、RS-485接口单元等,在此基础上实现了16Bit精度与±240V模拟输入过压保护的8路差分(或6路差分及2路单端)模拟量输入智能模块硬件、14Bit精度与可选择电压/电流输出的4路模拟量输出智能模块硬件、16路开关量输入智能模块硬件、16路开关量输出智能模块硬件。 第四章研究了无线传感器网络节点及智能数据采集控制模块的软件设计及实现技术。研究了无线传感器网络节点中处理器与射频模块间的数据传输实现技术,包括通过SPI接口的寄存器访问、FIFO缓存区的读写、RAM及EEPROM访问等。在研究IEEE802.15.4MAC协议的通信原语以及基于通信原语的组网算法及相关函数基础上,在无线传感器网络节点中实现了IEEE802.15.4MAC协议,可以建立PAN网络,实现能量检测扫描、被动扫描、建立节点间的网络关联等。给出了模拟量输入/输出、开关量输入/输出等数据采集智能模块的软件设计方案,在此基础上实现了基于DCON协议的智能模块软件及与无线传感器节点的通信协议,可以与台湾泓格系列产品兼容,并兼容主流的组态软件。包括无线传感器网络节点、模拟量输入/输出智能模块、开关量输入/输出智能模块、R$232/485转换智能模块等的基于无线传感器网络的数据采集系统已由相关企业产业化,并在实际的工业数据采集与控制环境中得到应用。
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