基于ZigBee技术的无线传感器网络设计研究

人类进入21世纪以来,微电子机械系统、计算机、通信、自动控制和人工智能等学科的飞速发展孕育了一种新型测控网络——无线传感器网络。无线传感器网络是由大量无处不在的微小传感器节点,随机布设在无人值守的监控区域而构成的,能够根据环境自主完成指定任务的自治监控网络系统。它已经引起了学术界和工业界的高度重视,是对21世纪产生巨大影响力的技术之一,在机电领域也具有广阔的应用前景。因此本文试图将无线传感器网络应用于机电系统的监控方面。 因为这种监控网络成本较低、无需布线,多个传感器节点布置于待测机械设备的适当空间内,能够获取传统方法无法采集、监控到的信号;在无人监控的环境中实时的收集处理设备运行状态的各种数据,同时控制输出,将数据发送给远程的管理人员用于分析,来达到对设备故障进行迅速而准确的预测及诊断的目的,从而可以极大地提高机电设备的故障诊断速度、修复效率及设备的可用性。 正是基于这种考虑,本文采用ZigBee技术提出了一种无线传感器网络系统方案,设计和实现了ZigBee无线数据传输平台,并对无线传感器网络在机电系统监测与控制方面的应用进行了初步研究。 本文主要工作有以下方面: (1)在对无线传感器网络国内外技术发展状况、短距离通信技术及IEEE802.15.4/Zigbee协议分析研究的基础上,本文提出了无线传感器网络的系统结构及传感器节点的设计方案。 (2)本文采用射频芯片CC2430设计了传感器节点的数据采集模块、电源和无线通信模块,建立了工作频率为2.4GHz的完全符合ZigBee协议的无线数据传输平台;在IAR开发环境下编写和编译了传感器节点程序,实现了无线传感器网络采集温度信号及传感器节点之间的数据传输功能。 (3)在IAR开发环境下完成了传感器节点的程序下载及IEEE地址的编写以后,进行了参考节点对盲节点的定位及传感器网络分析仪(SNA)捕获传感器节点通信的实验,对节点之间的通信过程进行了简单分析,并用树形图给出了网络的拓扑结构。 (4)在机电设备维护方式研究的基础上,本文提出了无线传感器网络的机电系统应用方案,设计了采集机械设备温度、压力、位移等缓慢变化信号的无线传感器网络系统,绘制了传感器节点的系统框图及数据传输的流程图。