基于ZigBee的化粪池远程监测预警系统研究与设计

【摘要】： 随着城市化进程的加快,市区化粪池数量日趋增多,且位置特别分散,难于进行监管,化粪池爆炸已经是重庆市公共安全的严重隐患。针对重庆市安监局构建全市实时监控系统的需求,论文提出一种基于Zigbee技术的化粪池远程监测预警系统设计方案,方案中采集前端采用无线传感技术,网络采用3G移动通信网,可以实现采集数据的全无线传输,对解决当前的困局具有一定的实际意义。 论文简要分析了IEEE 802.15.4标准和Zigbee网络技术,提出了系统的整体设计思想:无线传感节点将采集的数据传送给协调器,数据经ARM处理器处理后通过3G移动网络传送到远程监控中心。 围绕系统的整体架构模型,详细阐述了系统的无线传感节点与网关的设计。系统无线传感节点的设计中,其硬件主要集成了传感器模块、电源模块和CC2430模块,软件在自定义帧格式的基础上实现了节点入网与数据收发功能;系统网关的设计中,其硬件主要描述了电源模块、存储模块、串口模块、JTAG接口等电路的设计思想和开发过程,软件根据其所需要实现的功能,成功移植了嵌入式μC/OSⅡ内核到ARM处理器中,完成了μC/OSⅡ任务设计,实现了EM700模块的通信功能。 最后通过实验进行验证,系统能很好地完成前端数据采集与后端数据发送的整个过程,证明了本文设计方法的可行性。该系统为化粪池等设备的远程监控提供了一种可靠的解决方案,具有广阔的应用前景。 【关键词】：Zigbee技术 无线传感器网络 IEEE 802.15.4标准 化粪池 WCDMA
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TP274
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-19
• 1.1 研究背景与意义8-9
• 1.2 现状分析9-10
• 1.2.1 国内外化粪池技术现状9
• 1.2.2 无线传感器网络发展现状9-10
• 1.2.3 3G 网络的发展现状10
• 1.3 IEEE 802.15.4 标准简介10-13
• 1.3.1 IEEE 802.15.4 特点10-11
• 1.3.2 IEEE 802.15.4 规范11-13
• 1.4 Zigbee 网络技术概述13-17
• 1.5 本文主要内容17-19
• 2 化粪池监测预警系统整体方案设计19-28
• 2.1 系统需求与设计原则19-20
• 2.1.1 系统需求分析19-20
• 2.1.2 系统设计原则20
• 2.2 系统设计方案20-27
• 2.2.1 系统架构模型20-22
• 2.2.2 ARM 处理器选择22
• 2.2.3 WCDMA 模块选择22-24
• 2.2.4 Zigbee 模块选择24-25
• 2.2.5 传感器选择25-26
• 2.2.6 预警方案设计26-27
• 2.3 本章小结27-28
• 3 化粪池监测预警系统无线传感节点设计28-43
• 3.1 设计目标28
• 3.2 无线传感节点硬件设计28-31
• 3.2.1 设计框图28
• 3.2.2 CC2430 电路设计28-30
• 3.2.3 节点接口电路30
• 3.2.4 电源模块30-31
• 3.3 无线传感节点软件设计31-42
• 3.3.1 数据帧结构设计31-33
• 3.3.2 节点软件系统构成33
• 3.3.3 节点软件总体流程33-34
• 3.3.4 节点入网设计34-35
• 3.3.5 发送模式35-36
• 3.3.6 空闲模式36-37
• 3.3.7 串口收发设计37-38
• 3.3.8 Z-Stack 协议栈38-42
• 3.4 本章小结42-43
• 4 化粪池监测预警系统网关设计43-57
• 4.1 网关硬件设计43-49
• 4.1.1 电源模块电路43-44
• 4.1.2 存储模块电路44-47
• 4.1.3 串口模块电路47-48
• 4.1.4 JTAG 接口电路48-49
• 4.1.5 通信模块设计49
• 4.2 网关软件总体设计49-56
• 4.2.1 系统软件平台49-51
• 4.2.2 协调器模块51-53
• 4.2.3 EM700 模块53-55
• 4.2.4 μC/OSⅡ任务设计55-56
• 4.3 本章小结56-57
• 5 系统实验验证57-64
• 5.1 实验平台搭建57
• 5.2 节点测试57-62
• 5.2.1 数据抓包测试57-60
• 5.2.2 设备入网过程60-62
• 5.3 网关测试62-63
• 5.4 本章小结63-64
• 6 结论与展望64-66
• 6.1 论文工作总结64
• 6.2 后续工作展望64-66
• 致谢66-67
• 参考文献67-70
• 附录70
• A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录70
• B. 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录70

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