基于ZigBee协议的数据采集系统设计开题报告

 2021-08-08 12:08

1. 研究目的与意义

数据采集在现代社会的不同领域有着广泛的应用,由于IT产业的高速发展、网络的普及、家庭智能化以及单片机功能的扩展,使得无线通信技术越来越多的在我们的生活与工作中得到应用与发展。随着技术的进一步发展,无线通信的安全可靠性和传输速率越来越高,成本低廉,适应性好,扩展性好得到了很好利用,这些特点都会使无线通信技术得到更为广泛的应用。

无线传感器网络技术是无线通信技术里面的一个新领域,也是近些年来比较热门的技术,它具有分布式信息处理技术、嵌入式计算机技术和无线网络通信技术的特点。利用ZigBee技术能够实现将数据采集节点收集到的信息通过无线通信发送到协调器上并在上位机上进行显示和控制,这是一种全新的信息获取和处理技术。ZigBee技术还具有低功耗、组网灵活、可靠性高、扩充性好和网络自愈的优点。所以,实现数据采集的一种可靠有效的方式就是利用ZigBee技术搭建的无线传感器网络。

课题研究内容主要包括数据采集系统硬件设计、软件设计和系统测试与分析;其中硬件设计围绕各功能模块设计电路原理图,软件设计应实现硬件模块的不同功能。

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2. 国内外研究现状分析

无线传感器网络(Wirsless Sensor Network,WSN)就是由许多在空间中分布的自动装置组成的一种无线通讯计算机网络,这些装置使用传感器监控不同位置的物理或者环境状况,如周围环境的空气湿度、大气压力、声波监测、光线的强弱等。最早将无线传感网络进行应用还是在早期对战场的环境检测等军事方面,利于更早的得到战场信息。现代社会更多的是将无线传感网络应用在对社会发展有利的一些领域,比如对病人的监护、生态环境的变化、家庭智能化以及对道路信息的控制和监测等。无线传感网络是由许多节点组成的,其中有的节点会外接传感器进行数据收集,节点最重要的是还必须有无线收发器进行数据传输,微处理器进行控制和电源供给。对于不同无线传感器网络应用中的节点尺寸大小也是各不相同的,这取决于实际应用对传感器的选取,这也就决定了传感器节点的成本的高低,不同无线通信应用的规模大小与复杂度也决定了整个系统的成本。选取不同的传感器和处理器决定了节点的处理能力。无线传感网络主要包括三个方面:感应,通讯,计算(硬件,软件,算法)。

无线传感器网络的应用最早可追溯到越战时期,美国利用震动和声响传感器组成的系统节点,由飞机投放,落地后插入泥土中,只露出伪装成树枝的无线电天线,因为被称为热带树,并且取得了不错的效果。上个世纪的八十年代,一些国家主要研究了传感器在大范围内布置系统、作战部队的相互配合和信息交流系统以及远程战场传感器系统等。在这些系统中都配置了大量的传感器,这些传感器都有体积小、强大计算能力、对周围环境的感应和远程进行通信的特点。进入本世纪以来,特别是在劫机恐怖袭击之后,近十年无线传感器网络偏向于网络内节点间的数据传输、路由的自动建立和选择和节点的低功耗。

微处理器技术、电子通信技术和传感器技术等技术飞速发展和进步,造就了现代社会信息的传输与交流快速化,在某些方面突显出了巨大的作用。无线传感器网络的研究在很多领域获得了很好的应用。2002 年 10 月,基于微型传感器网络的新型计算发展规划由英特尔公司提出。随着技术的不断发展以及实际生产工作中的需求,日本、英国等国家也开始对传感器网络的领域进入研究。关于我国在现代意义上的无线传感器网络研究以及应用方面,2006 年我国公布的《国家中长期科学与技术发展规划纲要》中,确立了现代信息技术在未来的三个发展方向,包括了传感器的智能化和组网的智能化,突出了无线传感器网络在以后发展规划中的重要性。传感器网络发展是现代电子技术进步和信息智能化的必然发展方向。

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3. 研究的基本内容与计划

最终成果:

1、绘制PCB和原理图,并打样制作。

2、实现STM32F103RBT6对DHT11传感器的读取,并使用Zigbee(CC2530)进行数据传输,协调器节点(2530)与本地电脑相连,上位机(C#)可以监控来自USB的数据,并动态绘制曲线到界面上。同时通过HTTP协议,与联通服务器进行通讯,越过阈值后,进行短信报警。

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4. 研究创新点

随着通信技术的发展,短距离无线通信技术在人们生活中扮演着越来越重要的角色。Zigbee技术凭借其低成本、低功耗、组网方便等诸多优势在激烈的无线通信技术竞争中逐渐脱颖而出。特别值得一提的是ZigBee技术具备强大的网络功能。它支持目前三种主要的自组织无线网络类型,且具有很强的网络健壮性和系统可靠性,使得ZigBee网络更加灵活、高效、可靠。这种低速率无线通信技术的应用更贴近工业生产与人们的日常生活,可以很好的应用于家庭自动化、工业控制、建筑自动化、医疗护理等。

RF远程速度更快、更可靠、更自由,可从更远的距离操作设备,去除了当今红外线远程的视线屏障。虽然国内针对ZigBee技术方面的研究与国外比较有一定的差距,但是发展速度却是相当快的,一些国内有实力的公司在ZigBee技术方面的研究和应用都取得了不错的成绩。国内许多大学研究小组也对ZigBee技术进行了深入的研究。随着无线技术的发展和进步,我们相信会有越来越多的国内产品在一些领域得到广泛的推广与应用。

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