基于无线自组网的自动抄表系统的研究

无线传感器网络论文 CSMA/CA论文 DSR论文 节能论文
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长期以来,三表数据的抄送问题是相关供应部门迫切需要解决但又得不到切实解决的问题。目前许多物业公司还是采用传统的人工抄表方式,这种人工抄表、计费、催费的管理模式,不仅给用户带来麻烦也给抄表人员带来不便,不符合现代信息化管理的要求。近年来,随着MEMS、SOC、无线通信和低功耗嵌入式技术的发展,无线传感器网络有了更广泛的应用。由于其具有安装方便、成本低、维护和更新费用低等特点,在采集各种环境或监测对象的信息方面有着很好的应用。随着物联网技术的发展,分时分段收费也逐渐提到日程上来,本文设计了一种应用于自动抄表系统的无线传感器网络通信协议。本文首先描述了目前应用的几种抄表系统并比较了它们的优缺点,接着介绍了无线传感器的应用以及设计自动抄表系统时需考虑的问题。网络中传感器节点一般采用电池供电,所以尽可能的降低能耗延长电池使用寿命是一个重要问题。本文在设计硬件时,采用低功耗芯片,利用ATMEL公司的ATmega128超低功耗单片机作为传感器节点的微处理器,采用无线收发模块nRF905来实现节点间的无线通信。网络中节点根据位置加入网络,形成一个多跳的自组织网络。如何将节点数据可靠地传送给采集控制中心节点也是本文的一个核心问题。本文媒体接入控制协议采用CSMA/CA协议,该协议结合使用nRF905的载波检测功能及RTS/CTS握手机制预约信道;路由协议采用按需的DSR协议,可迅速找到源节点到目的节点的最佳路由信息。最后,本文给出了实验结果,证明了通信协议的正确性,并验证了数据可靠有效的传输,然后分析了本课题设计的可拓展性。
摘要第5-6页
ABSTRACT第6-7页
第1章 绪论第10-19页
    1.1 课题背景第10-11页
    1.2 自动抄表系统的发展现状第11-14页
        1.2.1 有线抄表系统第11页
        1.2.2 电力载波抄表系统第11-12页
        1.2.3 无线抄表系统第12-14页
    1.3 无线传感器网络介绍第14-18页
        1.3.1 无线传感器网络特点第14-15页
        1.3.2 传感器网络与自组网的比较第15-16页
        1.3.3 无线传感器网络的应用第16-18页
    1.4 本文目的和组织结构第18-19页
        1.4.1 本文目的第18页
        1.4.2 本文组织结构第18-19页
第2章 无线自动抄表系统的硬件设计与实现第19-30页
    2.1 功能要求第19页
    2.2 自动抄表系统中传感器节点的总体结构第19-20页
    2.3 系统各部分硬件组成第20-30页
        2.3.1 嵌入式微处理器ATmega128第20-21页
        2.3.2 无线收发模块第21-28页
            2.3.2.1 无线收发器nRF905第21-27页
            2.3.2.2 无线收发模块和微处理器的接口设计第27-28页
        2.3.3 供电模块第28-30页
第3章 无线自动抄表系统通信协议的设计与实现第30-58页
    3.1 网络拓扑结构第30-31页
    3.2 MAC层协议第31-41页
        3.2.1 隐节点和暴露节点问题第31-32页
        3.2.2 几种MAC协议及CSMA/CA协议的实现第32-41页
    3.3 几种典型的路由协议第41-50页
        3.3.1 DSDV路由协议第42-43页
        3.3.2 DSR路由协议第43-44页
        3.3.3 AODV路由协议第44-45页
        3.3.4 自动抄表系统中路由协议的实现第45-50页
    3.4 新节点加入网络第50-52页
    3.5 系统的软件实现第52-58页
        3.5.1 中心节点软件实现第53-55页
        3.5.2 传感器节点软件实现第55-58页
第4章 系统测试第58-64页
    4.1 硬件测试第58页
    4.2 各模块协议功能测试第58-63页
    4.3 系统测试及实验结果第63-64页
结论第64-65页
参考文献第65-68页
致谢第68-69页
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