工业测控实时无线网络技术研究-测试计量技术及仪器专业论文.docxVIP

Nanjing University of Aeronautics and Astronautics The Graduate School College of Aerospace Engineering The Industry Monitoring and Control Research on the Real-time Wireless Network A Thesis in Monitoring and Control Technology by LV Min Advised by Prof. CHEN Renwen Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of Master of Engineering December, 2011 承诺书 本人声明所呈交的硕士学位论文是本人在导师指导下进 行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和 致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研 究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构 的学位或证书而使用过的材料。 本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部 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、汇编学位论文。 （必威体育官网网址的学位论文在解密后适用本承诺书） 日 期： 作者签名： 南京航空航天大学硕士学位论文 南京航空航天大学硕士学位论文 工业测控实时无线传感网络技术研究 工业测控实时无线传感网络技术研究 I I PAGE PAGE IV 摘 要 随着工业测控技术的不断发展，无线通信技术得到了越来越多的关注。为了获取现场信息， 短距离无线通信技术得到越来越多的应用。目前考虑到无线传感器节点在测控中的位置，具有 低成本、低功耗、实时性等优点的无线传感器节点非常适合应用在工业测控领域中。这样，性 能优越的无线传感器节点对于环境参数采集，数据处理与传输，实时控制命令的反馈就至关重 要。 本文基于 IEEE802.15.4/ZigBee 无线通信协议设计的 MSP430 单片机和 CC2420 的硬件节点， 成功地实现了几种结构的无线数据的传输。通过电磁兼容性与信号完整性方面的理论分析，为 节点硬件电路分析做了基础。在多层射频 PCB 电路板绘制的过程中，综合考虑了传输线效应， 阻抗匹配和系统接地等因素。通过芯片的一些性能能够保证系统静态功耗最小化，而软件设计 流程中，采用状态转换模式和中断唤醒机制在降低系统动态功耗的同时也能够简化系统结构。 采用短距离多跳传输方式，以及降低数据碰撞概率机制都能够提高系统的实时性能。 本文通过使用 MSP430 内部 AD 模块采集信号发生器的信号，验证了数据传输的精度能够 满足一定的要求。利用实验室现有设备测试了节点在工作中不同状态的电流消耗，这些参数值 相比于理论值都能在一定的误差范围内。通过软件测试数据传输的延迟，在一定程度上也能够 满足工业现场中要求不苛刻的场合。整个系统在硬件上能够稳定传输数据，在软件上能够保证 系统的实时性要求。最后可以证明采用这种方式设计的系统具有一定的应用价值。 关键词：MSP430，无线传感器节点，硬件电路，低功耗，实时性，CC2420 ABSTRACT With the development of industry monitoring and control technology, more attentions are taken to the wireless communication technology. To collect the field signal, short distance wireless communication technology has been used widely. Because of the role wireless sensor nodes taken in the monitoring and control field, the wireless sensor nodes with advantage of low price, low power and real-time is very suitable to be used in the field of monitoring and control. Thus, it is very important to have a kind of superior performance wireless sensor nodes for data collecting, data processing and transmissing