基于Zig Bee协议的温度湿度无线传感器网络 3 辛 颖, 谢光忠, 蒋亚东 (电子科技大学光电信息学院,四川成都610054) 摘 要: 阐述了一种温度湿度智能数据采集的无线传感器网络,介绍了传感器节点的软件与硬件设计。 该系统基于Zig Bee无线通信协议设计,克服了有线传感器网络的局限性,避免了其他无线通信技术的高 功耗的缺点,节点成本低、网络容量大、生存周期长。实验结果表明:温度测量精度为1 ℃,湿度精度为 3 ％RH,可以广泛用于环境检测。 关键词: 温度 湿度 无线 传感器网络 紫蜂
上传时间： 2013-12-20
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为了使自主研制的轻质油品在线色谱模拟蒸馏分析仪表实现工业自动化控制，开发了上位机软件，能够实现与下位机PLC的通信，通信协议选用了工业应用比较普遍的Modbus协议。仪表上位机做主站，PLC做从站。1 Modbus通信协议1.1简介Modbus是一种工业控制系统串行通停协议。通过此协议，控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。Modbus协议已经成为一种通用工业标准，不同厂商生产的控制设备可以利用它连成工业网络，进行集中监控。Modbus协议的传输模式包括ASCI1，RTU，TCP等。其中RTU模式的主要优点是：在同样的波特率下，比ASC11码传送更多的数据。这里选用的就是Modbus RTU模式。1.2 Modbus协议支持的功能码表1列举了一些上、下位机通信中常用的功能码。使用它们即可实现对下位机的数字量和模拟量的读写操作。
上传时间： 2022-06-27
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电力电子系统的集成化是现今电力电子技术发展的趋势，系统的模块化和标准化技术是目前电力电子领域的重要研究方向。研究基于电力电子网络的变流系统，对复杂电力电子装置的系统级集成具有重要意义，是电力电子系统集成技术的基本组成部分。本文从变流系统的功率流和信息流双重分布性的角度出发。对电力电子系统网络（Power Electronics System Network，PES—Net）的模型和变流系统的通信需求进行分析，提出实时电力电子系统网络（Real—time power electronics system network，RT—PES—Net）；并对基于新网络的分布式控制及管理方案和模块化软件方案等内容进行系统的研究，提出基于栈操作的实时软件构建方案。本文的研究将为变流系统的控制结构和软件方案标准化提供参考和理论依据，为应用系统的集成提供解决方案。 复杂中大功率变流系统是网络化分布式控制系统的应用对象。首先，论文以复杂系统为研究对象，分析了应用系统的功率流和信息流在空间结构上的对偶关系和双重分布的特性；在电力电子集成模块（Power Electronics Building Blocks，PEBB）的基础上，研究了变流系统的网络化分布式控制方案，并得出系统组构的初步构想，总结出适合复杂电力电子系统集成的标准化理论。 接着，论文对电力电子网络模型进行了研究。分析了现有各类总线网络和目前用于电力电子应用系统的网络，从结构、速率和协议等各个方面将两类网络进行了系统的对比。明确了电力电子系统网络（PES—Net）的定义，分析并总结复杂电力电子实时系统所需网络必需具备的条件。根据现有网络技术背景，综合控制结构和网络需求，提出了电力电子系统网络（PES—Net）的模型。 为满足变流系统的实时控制，论文对分布式控制结构的通信需求进行了研究。以网络控制系统（Networked Control System，NCS）为背景，对变流器系统控制信息延时因素进行了分析；通过对典型电力电予系统的分析，归纳和总结了系统的控制功能和控制内容，对系统不同层次的控制任务进行了响应时间需求分析和网络的分层配置；通过对仿真结果的分析，研究了应用系统内模块控制信息延时对不同应用系统的性能影响和对开关频率的限制。根据变流系统对控制延时的接受程度，将电力电子复杂系统归为两大类：1）零延时系统；2）定延时系统。针对上述两类系统，论文给出了电力电子网络（PES—Net）的通道容量和应用系统开关周期的计算方法。 论文对开放式、分布式的电力电子系统网络（PES—Net）的硬件组成和同步方案进行了研究，提出新的实时网络和系统级集成方案。根据主节点和从节点的控制任务需求，分别从功能和系统结构的角度对开放式网络的硬件构成进行研究；根据控制系统的接口需求分析，对节点的通用性设计进行重点讨论。针对网络的同步问题，本文分析了简单有效的解决方法，即基于数据结构的同步补偿方案；此外，论文提出基于实时高速电力电子系统同络（RT-PES-Net）的同步方案，研究适合变流器实时控制的网络结构和相应的硬件配置。根据应用控制和通信系统所需的各种操作，论文对实时网络的管理进行了讨论，研究了信息帧管理和相应的硬件设置，并对各种工作模式下所需的通信时间进行了计算和比较。基于实时网络系统及其管理方案，论文给出了组构以PEBB为基础的变流系统的方案。 论文对基于RT-PES-Net的模块化软件方案进行了研究。首先，将控制软件与功率硬件进行解耦，使得软件设计与硬件部分分离。在分析电力电子软件特性的前提下，论文提出基于栈操作的模块化软件方案，增加子程序实时构件的内聚性；对软件模块化的通用性进行研究，分析模块接口参数和变量的申明和配置，并研究参数的定标，对构件进行分类；分析子程序实时构件在执行速度上的优点。论文对电力电子系统控制软件（Powerr Electronics System Control Software，PES-CS）的组构和集成进行研究，简化软件主框架。 最后，论文分别对RT-PES-Net和模块化软件方案进行了相应的实验研究和分析。论文对提出的实时电力电子系统网络（RT-PES-Net）进行了通信实验，将新网络拓扑对变流系统的延时影响与旧网络系统的延时影响进行比较，总结新网络系统在控制实时性、提高开关频率、网络可扩展性和管理灵活度等方面的优势。论文针对RT-PES-Net进行应用研究，验证该网络可解决网络通信失步所造成的问题。论文对基于通用型实时构件和栈操作的模块化软件方案进行实验验证，为标准化软件库的建立和系统级集成提供参考方案。 网络化的控制结构研究是复杂电力电子系统级集成研究的关键。本课题针对复杂变流系统提出了实时电力电子系统网络（RT-PES-Net），并以该网络为基础对分布式控制结构及相应的网络化管理方案和模块化软件方案展开一系列研究，为电力电子控制系统提供标准化、开放式的网络参考体系，并以此结构来快速构建终端复杂变流系统，为实现标准的应用系统组构提供参考方案，有助于解决电力电子标准化推广所面临的难题。论文为应用系统的即插即用和动态重构提供了研究基础，从而为最终实现复杂变流器的应用系统级集成提供系统化的理论和方法依据。同时，论文的研究开拓了电力电子系统集成和标准化研究的一个新方向。
上传时间： 2013-06-15
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充电系统对于实际的电动汽车而言是不可缺少的子系统，当蓄电池的电能用完之后，就必须使用充电系统对电池进行再充电。对于这种电动车充电系统的监控，目前国内尚处于起步阶段。 本文以电动车充电站的建设为背景，对充电机监控系统的通信总线和上位机软件设计进行了研究。首先介绍了系统的整个网络规划，然后对工业现场总线的特点、CAN2.0总线技术、涉及到的通信协议分别做了详细的描述，重点介绍了CAN总线的相关设计和系统的硬件、软件设计及实验结果。设计过程中参考了目前比较成熟的CAN2.0与J1939协议，并创新性的将这一用于汽车内部的通信总线移植到充电站内充电机与上位机之间的通信系统中。整个设计的创新在于将CAN总线这一现有成熟技术应用在充电站监控系统建设这一新领域，成功的实现了总线的移植。 整个系统中，系统前端执行数据采集、充电控制等任务，同时通过CAN总线和以太网分别实现前端数据采集模块与监控计算机、监控计算机与数据服务器的数据传输，实现站内充电机的统一监控。本文围绕系统整体网络组建，CAN网络通信以及系统软硬件设计进行了讨论，并提供了一套完整的、先进的、可行的充电机监控系统通信总线及软件的解决方案。这种监控方案提高了系统通信的实时性、准确性、安全性，同时极大的提高了充电工人的工作效率。 目前系统的各项参数及功能已在实验室测试完毕，性能已基本达到设计目标，即将被用于奥运会电动汽车充电站的建设。
上传时间： 2013-04-24
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无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量传感器节点组成，这些节点部署在监测区域内通过无线通信方式，形成的一个多跳自组织的网络。整个网络的作用是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中监测对象的信息，并发送给观察者，可广泛应用于环境监测、医疗护理、军事、商业等多个领域。 媒体访问控制（Medium Access Control，MAC）协议处于无线传感器网络协议的物理层和路由层之间，用于在传感器节点间公平有效地共享通信媒介，对传感器网络的性能有较大影响。与传统无线网络不同，提高能量效率和可扩展性是无线传感器网络MAC协议设计的主要目标。 本文主要阐述基于FPGA对IEEE802．15．4 MAC层功能的实现。首先介绍了无线传感器网络的体系结构、MAC协议的设计要求以及已有的MAC层协议，讨论了无线传感器网络MAC层的主要要求和功能。然后详细介绍和分析了IEEE802．15．4的MAC协议，并在此基础上，通过NS2平台对MAC层协议进行了仿真，研究不同网络负荷下信道访问机制的各个参数对吞吐量，丢包率，传输延时的影响，分析了隐蔽站问题、确认帧机制。 本文对MAC层中的主要功能，诸如数据收发、帧处理、信道接入方式以及帧检验等提出了基于FPGA的硬件解决方法。设计选用硬件描述语言VerilogHDL，在QuartusⅡ中完成模块的综合和布局布线，在QuartusⅡ和Modelsim中进行时序仿真验证，最终下载到自主设计Altera公司的Cyclone开发板中。 对设计的验证采取的是由里及外的方式，先对系统主模块的功能进行验证，然后下载到与CC2430开发板相连接的FPGA中对设计进行验证测试。验证流程是功能仿真、时序仿真和板级调试，最终通过测试，验证了该设计的功能。测试结果表明，该模块能满足无线传感器网络低速率应用环境的需要，具有优良的扩展性能，达到了预期的设计目标。
上传时间： 2013-06-14
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TCP/IP协议作为Internet上的通信实现方式的一种，是近年来嵌入式应用领域的一个研究热点。嵌入式设备要与Internet网络直接交换信息，就需要支持TCP/IP协议。嵌入式系统具有内核小、专用性强、系统精简、实时性高、功耗和环境要求严格等特点，所以传统的TCP/IP协议不适合移植到嵌入式系统中。实现嵌入式系统网络接入有两种选择，第一种是按照TCP/IP协议的原理编写简化版的通信协议；第二种是将已有小型的，适用于嵌入式系统的网络协议移植到系统中。 首先本文简要介绍了嵌入式网络协议的研究现状和研究内容，分析了LwIP协议栈中IP协议、TCP协议、UDP协议和ICMP协议的原理。由于LwIP没有使用和操作系统相关的系统调用和数据结构，所以在LwIP和操作系统之间增加了一个操作系统封装层为操作系统服务。LwIP不仅保持了TCP协议主要功能，而且减少了对RAM的占用。 其次，移植中实现了操作系统模拟层和LwIP底层接口。操作系统模拟层为协议和操作系统提供了一个接口，使协议对操作系统透明，可以不依赖操作系统运行，需要实现信号量、邮箱、线程和临界保护。LwIP底层接口为不同的硬件提供不同的驱动程序，需要实现系统初始化、网卡初始化、线程接收、数据包的读取和发送。 最后提出测试设计框架，在ARM开发板和μC/OS-Ⅱ操作系统上对移植的协议进行测试。测试结果表明，移植协议可以正常工作，实现了基本的网络功能。
上传时间： 2013-07-11
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基于PC、图像采集卡和存储设备的传统数字视频监控系统，体积庞大、功耗高、价格昂贵，只局限于特定范围的应用。而嵌入式网络视频监控系统以其价格低、便携式等特点在安防、智能家居等场所得到了越来越广泛的应用。 本文基于S3C2440＼Windows CE5.0平台设计了一款具有网络传输查看功能的嵌入式网络视频监控系统。重点研究了OV9650 CMOS摄像头芯片流接口驱动的实现过程和开发方法，设计了基于TCP/IP网络传输协议的网络视频通信系统。并应用H.263压缩编解码算法对采集到的视频数据进行压缩，提高了视频传输效率。同时，针对H.263视频解码算法设计了一款简易视频回放软件，对H.263视频进行回放。为进一步满足小型化、便携式、低成本需求，开发定制了一款基于S3C2440＼Windows CE5.0平台的手持式接收终端。 本系统整合了图像采集、网络通信、H.263编解码、视频回放等多项技术，实现了嵌入式技术、以太网络、视频监控三大前沿领域的有机结合。由于采用了ARM9单芯片控制方案，系统具有集成度高、可靠性高、功耗低、成本低、体积小、稳定性好等特点，可应用在远程监控、工业控制、视频会议、智能家居等诸多领域。该系统架构也为视频监控系统的发展提供了一种新思路。关键词：ARM；WinCE；S3C2440；嵌入式；网络视频监控
上传时间： 2013-04-24
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近年来，嵌入式技术发展迅速，已经渗透到工业控制、智能设备以及电子消费品等人们日常生活的各个领域，而Internet技术也取得了巨大的发展，为人们所广为接受，于是嵌入式技术和Internet技术相结合形成的嵌入式Internet技术适时地出现了，并且成为实现远程控制、信息共享的关键技术。 本文首先阐述了课题研究的背景、目的和意义，以及嵌入式TCP/IP协议栈研究的现状，然后分析了嵌入式操作系统μ C/OS-Ⅱ的工作原理并描述了把它移植到LPC2210上的过程，为嵌入式TCP/IP协议栈实现提供了操作系统支持。接着，针对嵌入式协议栈的特殊需求，详细分析并采用了零拷贝技术、跨层技术等对LwIP协议栈进行了有效的裁剪和优化，结合μ C/PS-Ⅱ设计了一种紧凑的协议栈工作模型和内存管理机制。并且结合μ C/OS-Ⅱ设计了协议栈的工作模型和内存管理机制。在驱动程序的基础上实现了对LwIP中的IP协议、ARP协议、ICMP协议、UDP协议和TCP协议等几个协议栈的裁剪和优化。并分析了它们的安全漏洞及基于这些漏洞的攻击方式，在这个基础上提出了如攻击检测算法等填补漏洞和抵抗攻击的一些技术和措施。最后在目标板上成功移植了优化后的LwIP。 本文同时还设计了一种能够提供足够多软定时器资源的算法。在不需要操作系统支持的情况下，软定时器可以给多任务的系统提供足够的定时服务，而且不影响中断处理时间。并且具有自动回调功能，启动一次以后就可自动调用定时器。此软定时器使用方便且易移植，大大方便了本课题多次使用定时器的需要。课题结合具体项目“蓄电池状态记录仪的设计”，分析了它的各个功能模块，设计了其系统结构。对各个功能模块的设计与实现进行了代码编写和测试，借助于TFTP服务器实现了基于协议的嵌入式目标板和PC机间的网络通信。 本课题经过几个月的软硬件设计和现场测试，已实现了最初的设计目标。构建出了实验硬件平台和一个多任务多协议的基本实时系统框架。以后的开发者可以不必深入了解μ C/OS-Ⅱ实时操作系统和嵌入式TCP/IP协议栈的情况下就可以方便的创建一个嵌入式网络控制系统，并能在平台上开发其它的应用任务，为以后的研究提供了参考并奠定了基础。
上传时间： 2013-04-24
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近年来，随着控制系统规模的扩大和总线技术的发展，对数据采集和传输技术提出了更高的要求。目前，很多设备需要实现从单串口通信到多路串口通信的技术改进。同时，随着以太网技术的发展和普及，这些设备的串行数据需要通过网络进行传输，因而有必要寻求一种解决方案，以实现技术上的革新。 本文分别对串行通信和基于TCP/IP协议的以太网通信进行研究和分析，在此基础上，设计一个嵌入式系统一基于APM处理器的多路串行通信与以太网通信系统，来实现F8-DCS系统中多路串口数据采集和以太网之间的数据传输。主要作了如下工作：首先，分析了当前串行通信的应用现状和以太网技术的发展动态，通过比较传统的多路串口通信系统的优缺点，设计出了一种采用CPID技术和CAN总线技术相结合的新型技术，并结合F8-DCS系统数据量大和实时性高的特点，对串行通讯帧同步的方法进行了详细的研究。然后，根据课题的实际需求，对系统进行总体设计和功能模块划分，并详细介绍了基于ARM7处理器的多路串口通信接口、以太网通信接口以及二者之间的数据传输接口的电路设计。在软件设计上，对系统的启动代码、串行通信协议、串口驱动以及多串口与网口间双向数据传输等进行了详细的论述。最后，将上述技术应用于某大型火电厂主机F8-DCS系统I/O通讯网络的测试与分析，达到了设计要求。
上传时间： 2013-07-31
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本文设计的井下网络分站作为“煤矿安全自动检测、监控及管理系统”的一个重要的组成部分，以ARM微控制器为核心，以操作系统μC/OS-Ⅱ为操作平台，采用TCP/IP协议栈实现了分站的网络通信功能，很好的解决了当前煤矿企业安全监控系统通信协议不一致的问题。 在硬件方面，严格按照《煤矿安全监控系统通用技术要求》完成了监控分站的总体硬件设计，并通过驱动网卡芯片RTL8019AS实现了以太网连接。选用PHILIPS的32位ARM芯片LPC2214作为分站的控制芯片，它带有16KB的静态RAM和256KB的高速FLASH，包含8路10位A/D，还有多个串行接口，可使用的GPIO高达76个(使用了外部存储器)，很好了满足了分站外接传感器的多样化要求。在人机对话方面，系统扩展了128×64的液晶和1×4的键盘。在通信方面，采用TCP/IP协议与地面主机进行通信，将各种参数传送到地面主机进行复杂的运算处理。 在软件方面，介绍了嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ的移植过程，并在此基础上分析了TCP/IP协议栈的实现；制定了统一的数据交换格式；通信过程中采用了标准的TCP/IP协议；详细介绍了几个主要程序模块的编程思路，如LCD显示、外部输入频率信号的计数及数据存储，并给出了在实际编程过程中遇到的问题及解决方法。 本监控分站根据《本质安全型“i”》标准将外部接入设备和分站作了电气隔离，该分站具有2路A/D数据采集；6路光电隔离数字量输入；2路光电隔离数字量输出对外部设备进行远程管理和控制；人机接口提供人机交互界面，提供按键操作和数据显示；RS485通信接口负责与外界设备进行通信；网络通信接口负责为各种监测监控系统提供兼容的接入接口；非易失性铁电存储器作为数据存储区以保证掉电后存储数据不丢失。
上传时间： 2013-04-24
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