无线传感器网络(上位机)-毕业论文.doc

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薆蚄螆羀蒂螃衿膆莈螂羁罿芄螁蚁膄膀螀袃羇蕿蝿羅节蒅蝿肈肅莁螈螇芁芇螇衿肄薅袆羂艿蒁袅肄肂莇袄螄芇芃蒁羆肀艿蒀肈莆薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羃膇芆蒇肅羀薅薆螅膅蒁薅袇羈莆薄聿膃莂薃蝿肆芈薂袁节薇薁羄肄蒃薁肆芀荿蚀螅肃芅虿袈芈膁蚈羀肁薀蚇螀芆蒆蚆袂腿莂蚅羄莅芈蚅肇膈薆蚄螆羀蒂螃衿膆莈螂羁罿芄螁蚁膄膀螀袃羇蕿蝿羅节蒅蝿肈肅莁螈螇芁芇螇衿肄薅袆羂艿蒁袅肄肂莇袄螄芇芃蒁羆肀艿蒀肈莆薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羃膇芆蒇肅羀薅薆螅膅蒁薅袇羈莆薄聿膃莂薃蝿肆芈薂袁节薇薁羄肄蒃薁肆芀荿蚀螅肃芅虿袈芈膁蚈羀肁薀蚇螀芆蒆蚆袂腿莂蚅羄莅芈蚅肇膈薆蚄螆羀蒂螃衿膆莈螂羁罿芄螁蚁膄膀螀袃羇蕿蝿羅节蒅蝿肈肅莁螈螇芁芇螇衿肄薅袆羂艿蒁袅肄肂莇袄螄芇芃蒁羆肀艿蒀肈莆薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羃膇芆蒇肅羀薅薆螅膅蒁薅袇羈莆薄聿膃莂薃蝿肆芈薂袁节薇薁羄肄蒃薁肆芀荿蚀螅肃芅虿袈芈膁蚈羀肁薀蚇螀芆蒆蚆袂腿莂蚅羄莅芈蚅肇膈薆蚄螆羀蒂螃衿膆莈螂羁罿芄螁蚁膄膀螀袃羇蕿蝿羅节蒅蝿肈肅莁螈螇芁芇螇衿肄薅袆羂艿蒁袅肄肂莇袄螄芇芃蒁羆肀艿蒀肈莆薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羃膇芆蒇肅羀薅薆螅膅蒁薅袇羈莆薄聿膃莂薃蝿肆芈薂袁节薇薁羄肄蒃薁肆芀荿蚀螅肃芅虿袈芈膁蚈羀肁薀蚇螀芆蒆蚆袂腿莂蚅羄莅芈蚅肇膈薆蚄螆羀蒂螃衿膆莈螂羁罿芄螁蚁膄膀螀袃羇蕿蝿羅节蒅蝿肈肅莁螈螇芁芇螇衿肄薅袆羂艿蒁袅肄肂莇袄螄芇芃蒁羆肀艿蒀肈莆薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羃膇芆蒇肅羀薅薆螅膅蒁薅袇羈莆薄聿膃莂薃蝿肆芈薂袁节薇薁羄肄蒃薁肆芀荿蚀螅肃芅虿袈芈膁蚈羀肁薀蚇螀芆蒆蚆袂腿莂蚅羄莅芈蚅肇膈薆蚄螆羀蒂螃衿膆莈螂羁罿芄螁蚁膄膀螀袃羇蕿蝿羅节蒅蝿肈肅莁螈螇芁芇螇衿肄薅袆羂艿蒁袅肄肂莇袄螄芇芃蒁羆肀艿蒀肈莆薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羃膇芆蒇肅羀薅薆螅膅蒁薅袇羈莆薄聿膃莂薃蝿肆芈薂袁节薇薁羄肄蒃薁肆芀荿蚀螅肃芅虿袈芈膁蚈羀肁薀蚇螀芆蒆蚆袂腿莂蚅羄莅芈蚅肇膈薆蚄螆羀蒂螃衿膆莈螂羁罿芄螁蚁膄膀螀袃羇蕿蝿羅节蒅蝿肈肅莁螈螇芁芇螇衿肄薅袆羂艿蒁袅肄肂莇袄螄芇芃蒁羆肀艿蒀肈莆薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羃膇芆蒇肅羀薅薆螅膅蒁薅袇羈莆薄聿膃莂薃蝿肆芈薂袁节薇薁羄肄蒃薁肆芀荿蚀螅肃芅虿袈芈膁蚈羀肁薀蚇螀芆蒆蚆袂腿莂蚅羄莅芈蚅肇膈薆蚄螆羀蒂螃衿膆莈螂羁罿芄螁蚁膄膀螀袃羇蕿蝿羅节蒅蝿肈肅莁螈螇芁芇螇衿肄薅袆羂艿蒁袅肄肂莇袄螄芇芃蒁羆肀艿蒀肈莆薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羃膇芆蒇肅羀薅薆螅膅蒁薅袇羈莆薄聿膃莂薃蝿肆芈薂袁节薇薁羄肄蒃薁肆芀荿蚀螅肃芅虿袈芈膁蚈羀肁薀蚇螀芆蒆蚆袂腿莂蚅羄莅芈蚅肇膈薆蚄螆羀蒂螃衿膆莈螂羁罿芄螁蚁膄膀螀袃羇蕿蝿羅节蒅蝿肈肅莁螈螇芁芇螇衿肄薅袆羂艿蒁袅肄肂莇袄螄芇芃蒁羆肀艿蒀肈莆薈葿螈膈蒄蒈袀莄莀蒇羃膇芆蒇肅羀薅薆螅膅蒁薅袇羈莆薄聿膃莂薃 本科毕业设计（论文）题目基于CC2430的无线传感器网络研究（上位机部分）学生姓名黄飞学号0507060212教学院系电子信息工程学院专业年级通信工程2005级指导教师李伟勤职称讲师单位西南石油大学完成日期2009年6月7日摘 要无线传感器网络是由大量无处不在的微小传感器节点组成，它能根据环境自主完成指定任务的自治监控功能，是对21世纪产生巨大影响力的技术之一。本设计是将无线传感器网络应用于温度监测方面。软件系统前台应用Visual Basic 6.0编程开发环境。采用VB的ADODC控件完成数据库连接，MSchart控件实现节点温度的条形图显示，MScomm控件完成串行数据接收。软件系统后台采用Microsoft Office Access 2003 数据库，实现节点信息的存储。采用定时器定时读取数据库，完成节点信息的实时更新。通过串行口与下位机连接，接收适配器发送过来的字符数据，实现无线传感器网络温度监测功能。关键词： 无线传感器网络；Access 2003数据库；串行通信AbstractWireless Sensor Networks is consisted of a large number of tiny sensor nodes which is randomly deployed in unattended monitoring regional. It can complete the assigned task of environmental self-monitoring network system. Furthermore it is the one of the great impact of competitive technologies which is important to the 21st century.This design is that wireless sensor networks will be used in monitoring the temperature. The front Software system use Visual Basic 6.0 programming development environment, make use of VBs ADODC to complete database connection control, use MSchart control box to achieve the nodes bar graph displaying, otherwise the MScomm control box complete serial data receiving ,Background software system use Microsoft Office Access 2003 databases to achieve the node information storage. Using the timer to read the database from time to time ,it can complete real-time updates of node information. Through the serial port connected with the lower part , the software received the character data sent from the adapter , and realized the wireless sensor networks monitoring the temperature functionKeywords: Wireless Sensor Networks; Access Database; Serial CommunicationI目 录摘 要IAbstractII1绪论11.1课题背景与研究意义11.2无线传感器网络简介11.3设计任务42无线传感器网络上位机系统概要设计52.1系统功能简要描述52.2系统模块功能描述52.3系统设计的上位机、下位机的连接52.4数据库设计72.4.1数据库表的创建72.4.2数据库表92.4.3数据库表设计说明92.4.4数据库连接设计102.5计算机硬件要求及开发环境102.5.1计算机的硬件建议配置102.5.2开发工具的选择112.5.3开发工具概述113无线传感器网络（上位机）详细设计123.1无线传感器网络温度监测系统（main.frm）123.2节点管理(net_creat.frm)153.3节点信息设置（net_setup.frm）163.4报警管理(alarm.frm)163.5软件模拟(moni.frm)173.6出厂设置（default_setup）184软件测试204.1测试内容204.2测试步骤204.2.1软件模拟测试204.2.2无线传感器网络上、下位机实现测试214.3测试结果225结 论24谢 辞25参考文献26附 录27基于CC2430的无线传感器网络研究（上位机部分）1 绪论1.1 课题背景与研究意义人类进入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的测控网络无线传感器网络 (wireless sensor network，WSN)。无线传感器网络是由大量无处不在的具有通信与计算机能力的微小传感器节点，密集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“智能”自治监控网络系统。无线传感器网络是一种超大规模、无人值守、资源严格受限的全分布系统，采用多跳对等的通信方式，其网络拓扑动态变化，具有自组织、自治、自适应等智能属性。无线传感器网络的出现引起了全世界范围的广泛关注。无线传感器网络技术的研究起源于20世纪70年代，最早应用于军事领域，在卡耐基一梅隆大学成立了新一代分布式传感器网络工作组。此后，DA联合美国自然科学基金委员会设立了多项有关无线传感器网络的研究项目。我国近两年也以多种形式支持无线传感器网络的研究。这些研究推动了以网络技术为核心的新军事革命，诞生了网络中心战的思想和体系。目前，无线传感器网络的应用己由军事领域扩展到其他许多领域，如灾难预警与救助、家庭健康监测、空间探索等传统方法无法完成的任务，成为一种“无所不在”的传感技术。本课题的研究目的是设计一种基于ZigBee技术的无线传感器网络系统，进而将其应用于温度系统的监控方面。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各种监控环境。企业设备监测系统一般需要铺设大量的电缆、网线、光纤构成传输网络，设备建设和维护成本很高，而无线传感器网络技术是一种低功耗、自组织的短距离技术，可以实现监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境对象数据。传感器网络配合专家系统就可以实现数据的采集和分析，从而降低人工维护成本和设备成本。基于ZigBee的传感器网络技术如果配合有线网络(如以太网)，可以实现整个工厂范围内机组的实时监控;配合无线蜂窝网络技术可以实现手机对温度的实时监测。因此无线传感器网络的研究具有重要的应用价值。1.2 无线传感器网络简介整个传感器网络由无线温度传感器节点（温度数据采集终端）、协调器和监测中心计算机组成。无线温度传感器节点分布于需要测量的现场,执行温度数据的采集、预处理、发送等工作。协调器负责接收节点传送过来的数据，将无线网络协议的数据转化为以太网络协议的数据传送到监测中心计算机。监测中心计算机通过与协调器间的通信，实时的显示每个温度传感器节点的温度信息。系统框图如图1.1所示。每一个传感器节点周期性的将温度数据通过无线收发模块发送到协调器，最终显示于监测中心计算机。图1.1 系统总体结构图无线传感器网络下位机设计主要分为硬件设计和软件设计，硬件方面是以CC2430为主要器件，系统功能引脚图如图1.2。CC2430内部包含80C51的内核、无线收发模块，一个CC2340即可完成无线接收或发送功能，功能非常强大。CC2430是TI公司推出的全新概念新一代ZigBee无线单片机系列芯片。是一款真正符合IEEE802154标准的片上ZigBee产品，采用7 mmx7 mln QLP48封装。它包括RF收发器，集成了加强型8051MCU。CC2430工作在24GHz频段，灵敏度高、最大输出为24 dBm、最大传送速率为250 kbs，其外围元件数目很少。使用一个非平衡天线，连接非平衡变压器使天线性能更好。电路中的非平衡变压器由电容C12和电感L1、L2、L3以及1个PCB微波传输线组成，整个结构满足RF输入输出匹配电阻(50 Q)的要求。值得注意的是。为了使系统达到有效复位，应使RESET-N端保持10 ms的低电平。当复位结束后立即对该器件进行初始化时。很容易发生错误。所以，进入O000H地址后。应首先执行1 ms-10 ms的软件延时。然后再进行初始化。图1.2 CC2430及外围器件温度采集使用数字式温度传感器DS18B20，DS18B20具有3引脚PR-35小体积封装形式，温度测量范围为-55+125，可编程为9位12位A/D转换精度，测温分辨率可达0.0625，测出的温度用符号扩展的16位数字量方式串行输出， CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，占用微处理器的端口较少，可节省大量的引线和逻辑电路。DS18B20采集温度数据后，处理为数字信号发送给CC2430内部控制器运算器，由它进行温度处理并传送给无线发送模块。与上位机的串行通信还要求下位机有串行通信模块，串行通信使用RS232串行接口，该接口技术成熟，结构简单,只需3条普通导线就可以进行双向通信，实现非常方便。软件部分采用Zigbee协议栈，完成无线网络的网络连接和无线网络数据传输交换。ZigBee协议依据 IEEE 802.15.4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将温度数据从一个传感器传到另一个传感器，然后传到适配器最后传到电脑端。ZigBee协议是由IEEE802.15.4协议标准定义的PHY层和MAC层与ZigBee联盟所制定的网络层和应用层所构成。其工作频率在2.4GHz、9l5MHz和868MHz，最高传输速率为250kbps。IEEE802.15.4协议MAC层采用CSMA-CA机制来控制信道接入，主要负责传输信标帧、同步以及提供可信赖的传输机制。ZigBee协议栈如图1.3。图1.3 ZigBee协议架构1.3 设计任务主要任务是分析CC2430协调器串口传输的温度数据格式，通过VB编程实现的数据库写入、读出处理，实时对温度进行图形显示，同时设置温度报警范围，可以进行报警事件处理等。2 无线传感器网络上位机系统概要设计2.1 系统功能简要描述1) 系统具有良好的人机界面。2) 自然美观的图形化温度显示，可以一目了然的监测所有节点温度。3) 方便的数据添加和修改功能。4) 定时更新数据库，定时更新温度数据，人性化的温度监测。5) 声光报警功能，最大限度的告诉监控人员节点状态。6) 环境模拟仿真，在没有下位机时也可体验温度检测功能。7) 串行口数据自动接收，自动分析，自动处理，无需人工干预。8) 数据备份和清理功能。2.2 系统模块功能描述整个上位机系统由许多窗体组成，它包括出窗体main.frm、节点管理窗体net_creat.frm、节点信息设置窗体net_setup.frm、报警管理窗体alarm.frm。具体窗体信息见表2.1。表2.1统功能描述序号功能名称窗体名称优先级简要描述1无线传感器网络监测系统Main.frm高串行口设置，和温度的图形显示2节点管理Net_creat.frm中新建节点，删除节点3节点信息设置Net_setup.frm中节点报警温度设置，更新时间设置4报警管理Alarm_m.frm高显示报警节点，报警屏蔽等2.3 系统设计的上位机、下位机的连接无线传感器网络上位机通过串行线与下位机连接，按照串行通信协议发送、接收数据，串行通信发送的数据帧结构如表2.2。数据帧由“：”开始，表示一个网络节点数据的开始，其次是网络节点ID，用来标识检测的节点通道号，然后是网络节点温度，最后“。”上位机一但接收到该字符，则立即进入事件处理，首先分析发送过来的字符数据，分别提取节点ID号，节点温度，然后在数据库中搜索对应的网络节点ID字段，如果搜索到成功，则立即更新节点温度，如果搜索失败，返回为空，不更新数据库。表2.2 数据帧格式8位数据起始标志网络节点ID号节点温度8位数据结束标识当下位机增加网络节点时，必须在上位机端对应添加网络节点，并按照实际网络节点ID添加。事件处理代码见下：Private Sub MSCON_OnComm()Dim my_end$Dim my_sql$Dim my_rs As New ADODB.RecordsetDim net_id$Dim net_tem$Dim b As IntegerDim c As IntegerWith MSCON Select Case .CommEvent Case comEvReceive my_end = .Input mcu_msg = mcu_msg & my_end Text2.Text = mcu_msg If InStr(my_end, .) Then 收到结束标志 取用户名，查询，写如记录 c = InStrL(mcu_msg, .) mcu