基于ARM的无线传感器网络设计毕业设计说明书.doc

中北大学2013届毕业设计说明书毕业设计说明书基于ARM的无线传感器网络设计学生姓名： 学号： 电子科学与技术学 院： 专 业： 指导教师： 2013年 6 月基于ARM的无线传感器网络设计摘 要 Zigbee属于无线通讯范畴，是一种新颖的无线通讯技术。在工业控制、环境监测、商业监控、汽车电子、家庭数字控制网络等应用中。zigbee 技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备中，同时支持地理定位功能。本次毕业设计的主要任务是设计出一个基于ARM的无线传感器网络系统，可以采集测量不同地点的温度并显示。本论文主要内容如下：1. 分析了国内外无线传感器网络的研究现状及其发展趋势。2. 介绍了基于ARM-cortexM0核心的处理器和增强型8051核心射频SOC单片机的外围电路设计方式。3. 对设计的硬件电路进行了详细的介绍，主要分为温度测量、有线通信、无 线通信几个部分。4. 简要介绍了软件系统的主要功能和总体设计思路。5. 对电路调试过程中发现的问题进行了具体的分析，为设计的稳定提供基础。6. 介绍了硬件电路的调试方法和综合调试结果。关键词: Zigbee，传感器网络，温度测量，CC2530，LPC1114，射频A design of ARM based wireless sensor networkAbstractZigbee is a new wireless communication technology widely applied in industry controlling, environment detecting, commercial monitoring, motive electronics and home digital network controlling. Zigbee is a bidirectional communicating technology with the features of short distance, simple, low consumption, low data rate, cost efficiency. It is a good solution that can be embedded in series of devices for auto and remote controlling with positioning function.The major task of this is to design a system of arm based wireless sensor network that can collect temperature in different places. This thesis is mainly about:1.Analyzing the current researching state and developing direction of wireless sensor network internationally.2. Introduced the method of designing peripheral circuits of ARM cortex-M0 and enhanced 8051 MCUs.3. A detailed introduction of hardware circuit, mainly about temperature measuring , cable communication and wireless communication.4. Brief introduction of main function and designing method of software.5. Specific analysis of the problems discovered in debugging process which will make the designing more stable.6. The method of hardware debugging and debug results. Key words: Zigbee, WSN, temperature measurement, LPC1114, CC2530, RF目 录1 绪论11.1 引言11.2 无线传感器网络的国内外发展现状11.3 无线传感器发展趋势21.4 传感器的定义和作用31.5 本文研究主要内容31.6 本章小节42 系统总体方案设计52.1 方案框架52.1.1 总体硬件方案框架52.1.2 协调器硬件框架52.1.3 节点硬件框架62.2 系统硬件器件62.2.1 LPC111462.2.2 CC2530F25672.2.3 LCD1602A82.2.4 AMS1117-3.392.2.5 AO3400102.3 本章小结113 系统硬件设计123.1 电源供给电路123.2 LCD1602A接口电路133.3 时钟电路143.4 报警电路143.5 射频天线电路153.6 复位电路163.7 印制电路板设计173.7.1布局173.7.2 布线173.7.3 添加过孔183.7.4 添加泪滴183.7.5 覆铜193.7.6 查看3D模型图193.8 本章小结194 系统软件设计204.1 节点地址编码和数据通讯帧格式204.2 射频包传送流程204.3 射频包接收流程214.4 协调器软件设计224.5 节点软件设计235 实物综合调试及结果245.1 调试中遇到的问题与解决方法245.2 实物调试结果256 总结27附录A PCB图28附录B 协调器电路原理图29附录C 节点电路原理图31附录D LPC1114主程序32附录E CC2530主程序35参 考 文 献41致 谢42第 II 页 共II 页1 绪论1.1 引言无线传感器网络(Wireless Sensor Network)是一种新兴的科学技术网络，最早的研究来源于美国军方。无线传感器网络是由大量具有特定功能的传感器节点通过自组织的无线通信方式，相互传递信息，协同完成特定功能的智能专用网络。它综合了传感器技术、嵌入式计算技术、通信技术、 分布式信息处理技术、微电子制造技术和软件编程技术等，可以实时监测、感知和采集网络所监控区域内的各种环境和监测对象的信息，并对收集到的信息进行处理后传送给终端用户。无线传感器网络在工业、农业、交通、军事、安全、医疗、空间探测，以及家庭和办公环境等众多领域都有着广泛的应用，其研究、开发和应用关系到国家安全、经济发展等许多重要方面。因无线传感器网络广阔的应用前景和巨大的应用价值，近年来在国际上引起了广泛的重视，并投入了大量的资金。国际上各机构组织对无线传感器网络技术及相关研究的高度重视，也大大促进了无线传感器网络的发展，使无线传感器网络在许多应用领域都开始发挥着其独特的作用。1.2 无线传感器网络的国内外发展现状随着近年来国际上对无线传感器网络的广泛关注，尤其是无线传感器网络在国防军事、国家安全、环境科学、交通管理、医疗卫生、反恐、灾害监测、空间探索等领域的巨大潜在应用价值，使得很多政府机构和科研单位对于无线传感器网络研究方面的投入也在不断加大，从而使无线传感器网络发展取得了很大的进步。从国外研究现状来看，美国在无线传感器网络方面进行了较深入的研究。美国的加州大学伯克利分校、加州大学洛杉矶分校、麻省理工学院、康奈尔大学等高校已经进行了无线传感器网络基础理论和关键技术的研究。加州大学伯克利分校提出了基于相关性的数据编码模式、确定无线传感器网络中节点位置的分布式算法及重构传感器节点位置的方法等，并研制了一个基于无线传感器网络的操作系统Tiny OS。加州大学洛杉矶分校开发了一个无线传感器网络环境模拟系统，用于研究无线传感器网络中出现的问题。南加州大学提出了部署移动传感器节点的方法、节省能量的计算聚集的树结构算法等。麻省理工学院已经开始研究用于超低能耗无线传感器网络的方法和技术。正对无线传感器网络通信协议的特殊性，康奈尔大学等高校开展了相关研究，先后提出了基于谈判类协议、定向发布类协议、能量敏感类协议、多路径类协议、传播路由协议、介质存取控制协议、基于集群的协议、以数据为中心的路由算法等新的通信协议。英国、日本、意大利等国家的一些高校和研究机构也纷纷开展了该领域的研究工作，且取得了一些初步的研究成果。从国内的研究来看，国内有关无线传感器网络的研究才刚刚起步，清华大学、西南交通大学、黑龙江大学、中科院传感器技术国家重点实验室等单位，近几年才开始无线传感器网络的相关研究。从目前国内公开发表的学术文章来看，主要是一些从事计算机网络及传感器技术研究的专业人士，从无线传感器网络体系结构等知识点角度对无线传感器网络技术进行分析和综述。在介绍无线传感器网络相关基础知识和技术的基础上，对其应用价值进行了分析，并阐述了无线传感器网络技术研究的一些热点问题。实际上无线传感器网络是一个多学科交叉的研究领域，其研究需要仪器科学、计算机科学及通信科学等技术的结合。随着国内研究的进一步深入与拓展，相信会促进无线传感器网络的发展。1.3 无线传感器发展趋势无线传感器网络已经成为国际上诸多机构研究的热点，随着小规模的广泛投入使用，大规模动态的无线传感器网络将更具重要的科研价值和广泛的应用前景。但是从国内发展现状看，无线传感器网络的大规模应用还不成熟，仍存在着很大的研发空间。相信在不久的将来，随着相应关键技术的进步，无线传感器网络将会渗透到社会的每个角落，得到充分的应用。总的来说，未来传感器网络的研究主要有以下几个方向：节点微型化：利用现在的微机电、微无线通信技术，设计微体积、长寿命的传感器传节点是一个重要的研究。伯克得大学研制的尘埃传感器节点，把传感器的大小降低到一个立方毫米，使这些传感器颗粒可以悬浮在空中。寻求系统节能策略：无线传感器网络应用于特殊场合时，电源不可更换，因此功耗问题上已经取得了很大的研究成果，提出了一些低功耗的无线传感器网络协议，未来将会取得更大的进步。低成本：由于传感器网络 的节点数量非常大，往往是成千上万个。要使传感器网络达到实用化，要求每个节点的价格控制在1美元以下，而现在每个传感器节点的价格大约在80美元左右。如果能够有效地降低节点的成本，将会大大推动传感器网络的发展。传感器网络的安全问题和抗干扰问题：与普通的网络一样，传感器网络同样也面临着安全性的考验，即如何利用较少的能量和较小的计算量来完成数据加密、身份验证等。在破坏或受干扰的情况下可靠地完成执行的任务，也是一个重要的研究课题。节点的自动配置：未来将着重于研究如何将大量的节点按照一定的规则组成一个网络。当其中某些节点上电后，网络能够迅速找到这些节点，并且不影响到网络的正常使用。配置冗余节点是必要的。1.4 传感器的定义和作用一般来说，能够把特定的被测量信息(物理量、化学量、生物量)按一定过程转换成某种可用信号(电信号、光信号)的器件或装置，我们把它称为传感器。传感器是生物体感官的工程模拟物；反过来，生物体的感官有可以看作是天然的传感器。随着数字化和信息技术与机械装置的融合，传感器和执行器已经开始实现数据共享、控制功能和控制参数协调一体化，并通过现场总线与外部连接。随着基础自动化控制功能的重新分配，许多计算机控制功能下放到传感器和执行器中完成，如参数检测、控制、诊断和维护管理等。传感器和执行器的发展趋势是向集成化、微型化、智能化、网络化和符合多功能化的方向发展，主要是利用纳米技术、新型压电与陶瓷材料等新原理和新材料，如研发航天、深海、和基因工程领域的感知系统和执行系统。传感器的作用类似于人的感觉器官，是实现测试与控制的首要环节。例如，美国阿波罗10号共用了3295个传感器。在2001年1月和7月，美国的国家导弹防御系统计划分别进行了两次试验，均因传感器发生故障，使每次耗资9000万美元的实验以失败告终。在2005年7月13日“发现号”航天飞机外挂燃料箱上的4个引擎控制传感器之一发生了故障，直接导致原发射计划的推迟，使得本已一波三折的美国重返太空计划再次出现波折。可见，没高保证和性能可靠的传感器对原始信息进行准确可靠的捕获与转换，通信技术和计算机技术也就成了无源之水，一切准确的测试和控制将无法实现。1.5 本文研究主要内容(1)基于ARM系统 LPC1114的Zigbee网络协调器的总体方案设计。(2)Zigbee网络节点的总体方案设计。(3)基于ARM和51核心MCU的外围电路设计。(3)系统软件设计。包括协调器和节点的软件设计。1.6 本章小节本章主要介绍了无线传感器网络的定义及应用，详细地讲述了无线传感器网络的研究现状，通过对理论与实践的分析，预测未来无线传感器网络发展的趋势，随着科技的进步，无线传感器网络向智能化、微型化、安全化发展，将更大的促进工业、农业的发展。2 系统总体方案设计2.1 方案框架2.1.1 总体硬件方案框架图2.1.1 总体硬件方案框架图该无线传感器网络包含3个节点和一个协调器，协调器具有建立Zigbee无线网络、数据显示和温度测量的功能，节点具有温度测量和加入Zigbee网络和协调器通信的功能。网络结构采用星型拓扑结构，节点与节点之间无法直接通信，协调器可与任何一个节点进行时分双工通信。2.1.2 协调器硬件框架图2.1.2 协调器硬件框架图协调器使用5V电源供电，总体分为ARM和RF两个部分，RF部分负责接收其他节点温度数据和采集本芯片温度数据，然后将其通过SPI传送给ARM并判断是否需要报警，主芯片采用TI公司的CC2530无线SOC。ARM部分负责接收温度数据显示到LCD之上，并保存进SD卡(选做)，主芯片采用NXP公司的LPC1114。2.1.3 节点硬件框架图2.1.3 节点硬件框架图节点使用两节1.5V干电池供电，RF主芯片也采用CC2530，节点的主要功能即采集周围环境温度，并搜索网络，将数据传送给网络的协调器，并根据事先设定的阈值判断是否报警。如您需要完整的本文档，请联系QQ：327147965.本设计已评选上校级优秀毕设，所需要的毕业设计说明书、毕业设计任务书、开题报告、指导老师评语、校优秀论文摘要、答辩委员会评语、英文文献原文及翻译、评阅人评语一应俱全。如您需要本设计的实物，请记下上方联系方式。 1. 基于C8051F单片机直流电动机反馈控制系统的设计与研究2. 基于单片机的嵌入式Web服务器的研究 3. MOTOROLA单片机MC68HC（8）05PV8/A内嵌EEPROM的工艺和制程方法及对良率的影响研究 4. 基于模糊控制的电阻钎焊单片机温度控制系统的研制 5. 基于MCS-51系列单片机的通用控制模块的研究 6. 基于单片机实现的供暖系统最佳启停自校正（STR）调节器7. 单片机控制的二级倒立摆系统的研究8. 基于增强型51系列单片机的TCP/IP协议栈的实现 9. 基于单片机的蓄电池自动监测系统 10. 基于32位嵌入式单片机系统的图像采集与处理技术的研究11. 基于单片机的作物营养诊断专家系统的研究 12. 基于单片机的交流伺服电机运动控制系统研究与开发 13. 基于单片机的泵管内壁硬度测试仪的研制 14. 基于单片机的自动找平控制系统研究 15. 基于C8051F040单片机的嵌入式系统开发 16. 基于单片机的液压动力系统状态监测仪开发 17. 模糊Smith智能控制方法的研究及其单片机实现 18. 一种基于单片机的轴快流CO,2激光器的手持控制面板的研制 19. 基于双单片机冲床数控系统的研究 20. 基于CYGNAL单片机的在线间歇式浊度仪的研制 21. 基于单片机的喷油泵试验台控制器的研制 22. 基于单片机的软起动器的研究和设计 23. 基于单片机控制的高速快走丝电火花线切割机床短循环走丝方式研究 24. 基于单片机的机电产品控制系统开发 25. 基于PIC单片机的智能手机充电器 26. 基于单片机的实时内核设计及其应用研究 27. 基于单片机的远程抄表系统的设计与研究 28. 基于单片机的烟气二氧化硫浓度检测仪的研制 29. 基于微型光谱仪的单片机系统 30. 单片机系统软件构件开发的技术研究 31. 基于单片机的液体点滴速度自动检测仪的研制32. 基于单片机系统的多功能温度测量仪的研制 33. 基于PIC单片机的电能采集终端的设计和应用 34. 基于单片机的光纤光栅解调仪的研制 35. 气压式线性摩擦焊机单片机控制系统的研制 36. 基于单片机的数字磁通门传感器 37. 基于单片机的旋转变压器-数字转换器的研究 38. 基于单片机的光纤Bragg光栅解调系统的研究 39. 单片机控制的便携式多功能乳腺治疗仪的研制 40. 基于C8051F020单片机的多生理信号检测仪 41. 基于单片机的电机运动控制系统设计 42. Pico专用单片机核的可测性设计研究 43. 基于MCS-51单片机的热量计 44. 基于双单片机的智能遥测微型气象站 45. MCS-51单片机构建机器人的实践研究 46. 基于单片机的轮轨力检测 47. 基于单片机的GPS定位仪的研究与实现 48. 基于单片机的电液伺服控制系统 49. 用于单片机系统的MMC卡文件系统研制 50. 基于单片机的时控和计数系统性能优化的研究 51. 基于单片机和CPLD的粗光栅位移测量系统研究 52. 单片机控制的后备式方波UPS 53. 提升高职学生单片机应用能力的探究 54. 基于单片机控制的自动低频减载装置研究 55. 基于单片机控制的水下焊接电源的研究 56. 基于单片机的多通道数据采集系统 57. 基于uPSD3234单片机的氚表面污染测量仪的研制 58. 基于单片机的红外测油仪的研究 59. 96系列单片机仿真器研究与设计 60. 基于单片机的单晶金刚石刀具刃磨设备的数控改造 61. 基于单片机的温度智能控制系统的设计与实现 62. 基于MSP430单片机的电梯门机控制器的研制 63. 基于单片机的气体测漏仪的研究 64. 基于三菱M16C/6N系列单片机的CAN/USB协议转换器 65. 基于单片机和DSP的变压器油色谱在线监测技术研究 66. 基于单片机的膛壁温度报警系统设计 67. 基于AVR单片机的低压无功补偿控制器的设计 68. 基于单片机船舶电力推进电机监测系统 69. 基于单片机网络的振动信号的采集系统 70. 基于单片机的大容量数据存储技术的应用研究 71. 基于单片机的叠图机研究与教学方法实践 72. 基于单片机嵌入式Web服务器技术的研究及实现 73. 基于AT89S52单片机的通用数据采集系统 74. 基于单片机的多道脉冲幅度分析仪研究 75. 机器人旋转电弧传感角焊缝跟踪单片机控制系统 76. 基于单片机的控制系统在PLC虚拟教学实验中的应用研究77. 基于单片机系统的网络通信研究与应用 78. 基于PIC16F877单片机的莫尔斯码自动译码系统设计与研究79. 基于单片机的模糊控制器在工业电阻炉上的应用研究 80. 基于双单片机冲床数控系统的研究与开发 81. 基于Cygnal单片机的C/OS-的研究82. 基于单片机的一体化智能差示扫描量热仪系统研究 83. 基于TCP/IP协议的单片机与Internet互联的研究与实现 84. 变频调速液压电梯单片机控制器的研究 85. 基于单片机-免疫计数器自动换样功能的研究与实现 86. 基于单片机的倒立摆控制系统设计与实现 87. 单片机嵌入式以太网防盗报警系统 88. 基于51单片机的嵌入式Internet系统的设计与实现 89. 单片机监测系统在挤压机上的应用 90. MSP430单片机在智能水表系统上的研究与应用 91. 基于单片机的嵌入式系统中TCP/IP协议栈的实现与应用92. 单片机在高楼恒压供水系统中的应用 93. 基于ATmega16单片机的流量控制器的开发 94. 基于MSP430单片机的远程抄表系统及智能网络水表的设计95. 基于MSP430单片机具有数据存储与回放功能的嵌入式电子血压计的设计 96. 基于单片机的氨分解率检测系统的研究与开发 97. 锅炉的单片机控制系统 98. 基于单片机控制的电磁振动式播种控制系统的设计 99. 基于单片机技术的WDR-01型聚氨酯导热系数测试仪的研制 100. 一种RISC结构8位单片机的设计与实现 101. 基于单片机的公寓用电智能管理系统设计 102. 基于单片机的温度测控系统在温室大棚中的设计与实现103. 基于MSP430单片机的数字化超声电源的研制 104. 基于ADC841单片机的防爆软起动综合控制器的研究105. 基于单片机控制的井下低爆综合保护系统的设计 106. 基于单片机的空调器故障诊断系统的设计研究 107. 单片机实现的寻呼机编码器 108. 单片机实现的鲁棒MRACS及其在液压系统中的应用研究 109. 自适应控制的单片机实现方法及基上隅角瓦斯积聚处理中的应用研究110. 基于单片机的锅炉智能控制器的设计与研究 111. 超精密机床床身隔振的单片机主动控制 112. PIC单片机在空调中的应用 113. 单片机控制力矩加载控制系统的研究 项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！项目论证，项目可行性研究报告，可行性研究报告，项目推广，项目研究报告，项目设计，项目建议书，项目可研报告，本文档支持完整下载，支持任意编辑！选择我们，选择成功！单片机论文，毕业设计，毕业论文，单片机设计，硕士论文，研究生论文，单片机研究论文，单片机设计论文，优秀毕业论文，毕业论文设计，毕业过关论文，毕业设计，毕业设计说明，毕业论文，单片机论文，基于单片机论文，毕业论文终稿，毕业论文初稿，本文档支持完整下载，支持任意编辑！本文档全网独一无二，放心使用，下载这篇文档，定会成功！第 9 页 共42 页