毕业设计论文范文(全)---无线传感器网络节点的系统研究

本科生毕业论文(设计)无线传感器网络节点的系统研究院系电气信息工程学院专业电气工程及其自动化班级学号学生姓名联系方式指导教师职称：年月独创性声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文（设计）是本人在指导老师指导下取得的研究成果。除了文中特别加以注释和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果。与本研究成果相关的所有人所做出的任何贡献均已在论文（设计）中作了明确的说明并表示了谢意。签名：年月日授权声明本人完全了解许昌学院有关保留、使用本科生毕业论文（设计）的规定，即：有权保留并向国家有关部门或机构送交毕业论文（设计）的复印件和磁盘，允许毕业论文（设计）被查阅和借阅。本人授权许昌学院可以将毕业论文（设计）的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文（设计）。本人论文（设计）中有原创性数据需要保密的部分为（如没有，请填写“无”）：签名：年月日指导教师签名：年月日摘要随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器开始在世界范围内出现。本文就是面向具体的应用，以实现无线传感器网络无所不能的感知能力为目标，研究无线传感器节点的系统结构、组成和实现技术。通过总结无线传感器网络硬件节点的设计原则，提出了一种无线传感器网络通用节点设备的基本构架，设计实现了基于超低功耗处理器Atmega128L和射频芯片CC2420的无线传感器网络节点设备。该设备具有能量自检测功能，并可以改变通用硬件接口上的数据采集部分实现多种不同类型的应用。采用模块化软件设计，引入有限状态机进行系统模式调度，设计实现了既能独立运行又支持嵌入式操作系统的节点适应层软件。通过引入多个节点的温度采集、反馈控制实验和节点生命周期静态测试实验，验证了本设计的可行性和实用性。关键词：通信网络技术；无线传感器网络；节点设计ABSTRACTWiththerapidprogressofcommunications,embeddedcomputers,andsensors,smartsensorsarebecomingmoreandmorepopularintheworld,whicharecapableofsensing,computing,andcommunication.Thisthesisresearchesonthearchitecture,composition,andimplementationofwirelesssensornodes,withthemilitaryapplicationandthegoalofsensinganything.Afundmentalstructureoftheuniversalwirelesssensornetworknodedevicewasproposedinthispaperbysummarizingtheprincipleofthewirelesssensornetworknode．AndawirelesssensornetworknodedevicewasimplementedbasedontheultralowpowercomsumptionprocessorAtmega128LandtheradiofrequencychipCC2420．Thisnodedevicecoulddopowermonioringitself．Italsocouldbeusedinmanyconditionbyexchangethedatacollectioncircuitwhichwasconnectedtotheuniversalhardwareinterface．Softwaremodularizationdesignwasusedinthispaperandfinitstatemachinewasusedtofinishthesystemmodescheduling．Anadapt-layersoftwareWaftdesignedandimplemented，whichcouldbothrunbyitselfandbytheembededoperatingsystem．Thetechnicalfeasibilityofthisdesignandtheavailabilityofthedevicewerealsoverifiedinthispaperbythemulti-nodetemperaturecollectandfeedbackcontroltestsandthestaticlifecycletestofthisdevice.Keywords：communicationnetworktechnology；wirelesssensornetwork；nodedesign目录1绪论...................................................错误!未定义书签。1.1课题背景..........................................................11.2无线传感器网络的特点..............................................11.3无线传感器网络的应用..............................................21.4论文构成及研究内容................................................42无线传感器网络平台.....................................................52.1传感器网络平台....................................................52.1.1传感器节点的设计要求.........................................52.1.2无线传感器网络体系结构......................................62.1.3无线传感器网络应用系统结构..................................72.1.4数据采集....................................................82.1.5传感数据到Internet..........................................82.1.6用户与传感数据交互..........................................92.2无线传感器网络的关键性问题........................................92.3本章小结.........................................................113系统的设计与实现......................................................123.1系统设计与实现...................................................123.1.1微处理器电路...............................................123.1.2数据存储电路...............................................133.1.3无线通信模块...............................................163.1.4电源管理模块...............................................183.1.5充电及状态显示模块.........................................183.1.6传感器模块.................................................203.1.7外部接口...................................................223.2节点设计的要点...................................................233.3本章小结.........................................................244总结与展望............................................................264.1总结.............................................................264.2未来的研究方向...................................................27参考文献.................................................................28致谢...................................................................291无线传感器网络节点的系统研究1绪论1.1课题背景21世纪是人类社会全面进入信息电子化的时代，信息电子化离不开信息技术的支持。信息技术是指有关数据信息的收集、识别、提取、变换、存储、传递、处理、检索、检测、分析和利用等的技术，是一门综合性很强的技术。它可归纳为信息采集、信息处理、信息传输三大领域，这三大领域的发展互相渗透，互相促进，二者缺一不可，才使得信息技术高效快速地向前发展。(1)信息采集技术的关键是传感技术。传感技术的性能在很大程度上决定着整个信息技术的性能，因此传感技术是现代信息技术的重要支柱之一，在当代科学技术中占有十分重要的地位。传感技术，将是二十一世纪世界各国在高新技术发展方面争夺的一个重要领域。(2)信息处理技术以计算机技术为核心。计算机从其诞生起就不停地为人们处理着大量的信息，而且随着计算机技术的不断发展，它处理信息的能力不断地加强。现代信息技术一刻也离不开计算机技术。(3)信息传输技术以通信技术、网络技术为代表。卫星通信、移动通信等无线通信技术的发展，拓展了通信技术的应用领域。现代通信技术正朝着数字化、宽带化、高速化和智能化方向发展。1.2无线传感器网络的特点无线传感器网络与传统网络相比较起来有一些独有的特点，正是由于这些特点使得无线传感器网络存在很多新的问题，提出了很多新的挑战。无线传感器网络的主要特点有[1]：(1)无线传感器网络的节点数量大、密度高。由于无线传感器网络节点的微型化，每个节点的通信和传感半径很有限，一般为十几米范围之内，而且为了节能，传感器节点大部分时间处于睡眠状态，所以往往通过铺设大量的传感器节点来保证网络的质量。无线传感器网络的节点数量和密度都要比Adhoc网络高几个数量级，可能达到每平方米上百个节2点的密度，甚至多到无法为单个节点分配统一的物理地址。这会带来一系列问题，如信号冲突、信息的有效传送路径的选择、大量节点之间如何协同工作等。(2)无线传感器网络的节点有一定的故障率。由于无线传感器网络可能工作在恶劣的外界环境之中，网络中的节点可能会由于各种不可预料的原因而失效，为了保证网络的正常工作，要求无线传感器网络必须设计成具有一定的容错能力，允许传感器节点具有一定的故障率。(3)无线传感器网络节点在电池能量、计算能力和存储容量等方面有限制。由于传感器节点微型化，节点的电池能量有限，而且由于物理限制难以给节点更换电池，所以传感器节点的电池能量限制是整个无线传感器网络设计最关键的约束之一，它直接决定了网络的工作寿命。另一方面，传感器