基于JN5148的WSN平臺(tái)設(shè)計(jì)及節(jié)能研究

【摘要】： 隨著無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)理論研究的深入和新技術(shù)的不斷出現(xiàn),無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)潛在的研究?jī)r(jià)值吸引了各個(gè)領(lǐng)域研究人員和企業(yè)的關(guān)注,包括工業(yè)控制和環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。其中基于ZigBee通信技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)比較成熟,并有不少著名企業(yè)的推出了相關(guān)產(chǎn)品。但目前大部分基于ZigBee的無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)通信距離在100m左右,限制了其在環(huán)境監(jiān)測(cè)等大區(qū)域監(jiān)測(cè)的應(yīng)用,因此增加網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)范圍成為一個(gè)比較具有工程實(shí)際意義的課題。 提高射頻單元的發(fā)射功率可以有效增加節(jié)點(diǎn)的通信距離,但功率的增加將影響到網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的工作壽命,因此本文基于JN5148高功率ZigBee模塊從硬件結(jié)構(gòu),應(yīng)用程序和圖像顯示界面等方面設(shè)計(jì)了一套長(zhǎng)距離通信的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),并對(duì)其進(jìn)行了節(jié)能性研究。從“開源”和“節(jié)流”兩個(gè)方面解決節(jié)點(diǎn)能量持久性問題,一方面采用太陽(yáng)能電池給節(jié)點(diǎn)供電以補(bǔ)充能量損失,另一方面通過選取低功耗、具備休眠態(tài)器件和設(shè)計(jì)節(jié)能傳輸策略來(lái)降低節(jié)點(diǎn)本身的功耗。節(jié)能傳輸策略使用節(jié)點(diǎn)依次上傳數(shù)據(jù)以減小空閑偵聽時(shí)間和數(shù)據(jù)碰撞,實(shí)驗(yàn)表明改進(jìn)的傳輸策略比常規(guī)方式節(jié)能17.3%, 此外,本文也對(duì)設(shè)計(jì)的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的性能測(cè)試,包括通信距離測(cè)試,供電單元效率和穩(wěn)定性測(cè)試,節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸功耗測(cè)試。其中對(duì)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸過程中電流進(jìn)行了詳細(xì)分析,并建立了節(jié)點(diǎn)的傳輸能耗評(píng)估模型,可估計(jì)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸過程中的耗電量,作為評(píng)價(jià)節(jié)能程度的一個(gè)指標(biāo)。還可準(zhǔn)確預(yù)測(cè)節(jié)點(diǎn)的壽命,使得節(jié)點(diǎn)充分利用能量并在失效之前及時(shí)將信息反饋給網(wǎng)絡(luò),提高網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)性。 【關(guān)鍵詞】：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) ZigBee JN5148 通信距離 傳輸策略
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 課題研究背景及意義8
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀8-12
• 1.2.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究現(xiàn)狀9
• 1.2.2 ZigBee技術(shù)及其發(fā)展9-10
• 1.2.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)面臨的挑戰(zhàn)12
• 1.4 本文研究?jī)?nèi)容和層次結(jié)構(gòu)12-14
• 2 無(wú)線傳感節(jié)點(diǎn)平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)14-34
• 2.1 系統(tǒng)需求分析14
• 2.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)14-15
• 2.3 節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)15-27
• 2.3.1 數(shù)據(jù)處理與通信單元設(shè)計(jì)15-21
• 2.3.2 供電單元設(shè)計(jì)21-24
• 2.3.3 傳感器采集單元設(shè)計(jì)24-27
• 2.4 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)軟件設(shè)計(jì)27-34
• 2.4.1 軟件開發(fā)環(huán)境介紹27-28
• 2.4.2 節(jié)點(diǎn)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)28-30
• 2.4.3 數(shù)據(jù)采集程序介紹30-31
• 2.4.4 數(shù)據(jù)顯示界面設(shè)計(jì)31-34
• 3 節(jié)點(diǎn)性能測(cè)試與分析34-48
• 3.1 節(jié)點(diǎn)傳輸距離測(cè)試34-36
• 3.1.1 測(cè)試方案及環(huán)境34-35
• 3.1.2 測(cè)試結(jié)果與分析35-36
• 3.2 供電單元性能測(cè)試36-42
• 3.2.1 效率測(cè)試36-39
• 3.2.2 負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)分析與測(cè)試39-42
• 3.3 節(jié)點(diǎn)功耗測(cè)試與分析42-48
• 3.3.1 測(cè)試設(shè)備及原理42-43
• 3.3.2 測(cè)試方案43-44
• 3.3.3 測(cè)試結(jié)果分析44-48
• 4 節(jié)能傳輸方案設(shè)計(jì)48-61
• 4.1 相關(guān)技術(shù)介紹48-52
• 4.1.1 常見節(jié)能措施48-49
• 4.1.2 CSMA-CA協(xié)議49-50
• 4.1.3 RTS/CTS握手協(xié)議50-52
• 4.2 節(jié)能傳輸策略52-59
• 4.2.1 策略原理52-54
• 4.2.2 策略實(shí)現(xiàn)54-59
• 4.3 實(shí)驗(yàn)與分析59-61
• 結(jié)論61-62
• 參考文獻(xiàn)62-64
• 附錄A 節(jié)點(diǎn)實(shí)物圖64-65
• 附錄B 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)MST-165-66
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表學(xué)術(shù)論文情況66-67
• 致謝67-69

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