有關(guān)基于Zigbee的校園節(jié)能監(jiān)管系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)的研究與設(shè)計論文
摘要
隨著社會和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，校園能耗高的問題日益突出，校園能源利用存在較大的浪費現(xiàn)象。為了保證校園能源需求，并實現(xiàn)有效節(jié)能，應(yīng)建立能源遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理平臺，獲取校園水、電、暖、氣等能耗的即時數(shù)據(jù)，從而有效地監(jiān)測和管理校園的能源系統(tǒng)。
如何高效地將校園的能耗數(shù)據(jù)采集、整合以及分析，從而實現(xiàn)對能耗的遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理，這對于高校的綠色節(jié)能建設(shè)尤為重要。因此，本論文針對基于Zigbee傳輸?shù)男@節(jié)能監(jiān)管平臺的.無線網(wǎng)關(guān)進(jìn)行了相關(guān)研究。論文主要工作如下：
1、從建設(shè)節(jié)能校園背景和意義出發(fā)，簡要介紹了國內(nèi)外高校的能耗現(xiàn)狀，并重點分析了合肥工業(yè)大學(xué)的能耗現(xiàn)狀，闡釋了建設(shè)校園節(jié)能平臺的必要性以及基本構(gòu)架。
2、校園節(jié)能監(jiān)管是基于生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)的原則，以電子信息、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為支撐而建立的新型體系。為此引入基于Zigbee傳輸無線網(wǎng)關(guān)這一解決方案，無線網(wǎng)關(guān)是一個開放的，模塊化的，可編程的通入接入平臺，其可以實現(xiàn)將不同使用標(biāo)準(zhǔn)，不同頻段的傳感網(wǎng)絡(luò)匯集到通信網(wǎng)絡(luò)，研究需求分析后得出其功能。無線網(wǎng)關(guān)通過使用開放的、可插拔的無線傳感網(wǎng)絡(luò)Zigbee接入模塊，可以及時響應(yīng)傳輸數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)物理世界、計算機(jī)世界以及管理人員的即時溝通。
3、介紹Zigbee測試方案的內(nèi)容，包括其平臺相容性以及互通性測試，最后總結(jié)了本論文主要工作和創(chuàng)新之處并對此提出改進(jìn)意見。
ABSTRACT
As the fast development of the society and economy, the issue of terrible energy consumption of the campus construction is increasingly prominent, the campus energy there is a big waste. In order to guarantee normal operation of the campus in all areas of energy demand, and realize effective energy saving, shall establish energy remote monitoring and management system, obtain the real-time data of campus energy consumption , on the campus of various energy system for distributed monitoring and centralized management.
For the energy consumption, how to efficiently collect, integrate and analysis data, so that realize to remote monitor and manage of energy consumption remotely, for the construction of green energy-saving campus and the society are important. Therefore, this paper based on the campus of Zigbee transmission wireless gateway has carried on the related research of energy saving supervision platform. Main works are as follows:
1、Starting from the background of the construction of energy saving campus and significance, introduced the energy consumption status of campus at home and abroad briefly, and analyzed the detailed situation of energy consumption in Hefei university of technology, explains the necessity and the basic framework of campus energy saving platform.
2、Campus energy regulation is based on the principle of virtuous cycle of ecological system, relied on electronic information and Internet engineering to establish a new system. Introduced based on Zigbee transmission intelligent multifunctional gateway this solution, multifunctional gateway is an open, modular, programmable bubbled into access platform, it can realize to use different standards, different spectrum sensing network to communication network, the demand analysis after its function. Multifunctional gateway by using open and pluggable Zigbee wireless sensor network access module, can quickly adapt to all kinds of wireless sensor technology, realize to plug and use at any time.
3、At the end of this paper, we described the content of Zigbee test scheme, including its platform compatibility, product certification, and interoperability testing, and finally summarizes the main works and innovations in the dissertation and proposed improvements.
目錄
摘要2
ABSTRACT3
第一章 緒論8
1.1 研究背景與意義8
1.2 研究現(xiàn)狀8
1.2.1 國內(nèi)的現(xiàn)狀8
1.2.2 國外的現(xiàn)狀10
1.3 本文研究內(nèi)容12
第二章 Zigbee無線通信技術(shù)綜述13
2.1 Zigbee無線技術(shù)概述13
2.2 Zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)15
2.3 Zigbee協(xié)議規(guī)范17
2.3.1 物理層(PHY)18
2.3.2 媒體接入控制層(MAC)19
2.3.3 網(wǎng)絡(luò)層(NWK)21
2.3.4 應(yīng)用層(APL)23
2.4 Zigbee無線技術(shù)應(yīng)用24
2.5 嵌入式UC/OS-Ⅱ操作系統(tǒng)26
2.5.1 體系結(jié)構(gòu)26
2.5.2 任務(wù)管理26
2.5.3 任務(wù)間同步與通信27
2.5.4 內(nèi)存管理28
2.5.5 移植29
2.6 LwIP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧29
2.6.1 LwIP簡介29
2.6.2 LwIP分析31
2.6.3 移植36
第三章 基于Zigbee的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)架構(gòu)的設(shè)計38
3.1 課題的設(shè)計任務(wù)38
3.2 方案提出39
3.2.1 Zigbee 無線芯片的選取39
3.2.3 方案的整體構(gòu)思41
3.3 協(xié)議規(guī)范42
3.3.1 基本概念42
3.3.2 Zigbee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)42
3.3.3 各協(xié)議版本比較45
3.4 Zigbee網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計45
3.4.1 Zigbee物理層設(shè)計46
3.4.2 Zigbee MAC層設(shè)計47
3.4.3 Zigbee網(wǎng)絡(luò)層設(shè)計48
3.4.4 Zigbee應(yīng)用層設(shè)計49
3.5 Zigbee網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部通信設(shè)計51
3.5.1 應(yīng)用層API51
3.5.2 程序設(shè)計51
3.5.3 連通性測試53
第四章 網(wǎng)關(guān)的Zigbee網(wǎng)絡(luò)通信模塊設(shè)計與實現(xiàn)55
4.1 系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境55
4.1.1 系統(tǒng)的硬件設(shè)備選擇55
4.1.2 終端節(jié)點射頻芯片的選擇56
4.2 系統(tǒng)實施步驟57
4.3 數(shù)據(jù)組織及編碼規(guī)范58
4.4 網(wǎng)關(guān)串口驅(qū)動59
4.4.1 串口通信原理59
4.4.2 設(shè)計原理60
4.4.3 函數(shù)列表60
4.5 Zigbee模塊串口61
4.6 實驗準(zhǔn)備61
4.6.1 硬件61
4.6.2 MfgTool仿真62
4.6.3 通過有線網(wǎng)絡(luò)上網(wǎng)66
第五章 總結(jié)與展望68
參考文獻(xiàn)69
第五章 總結(jié)與展望
本文的主要工作總結(jié)如下:
(1)首先通過對μC/OS-II的深入學(xué)習(xí)，了解其任務(wù)和機(jī)制。
(2)對LwIP協(xié)議棧尋找更多的知識和了解，并對其加強(qiáng)了分析。
(3)對Zigbee的發(fā)展展開了深入學(xué)習(xí)，并了解其發(fā)展史，在進(jìn)行應(yīng)用時能夠?qū)ζ涓玫卣莆铡?/p>
(4)對IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)和Zigbee協(xié)議規(guī)范進(jìn)行深入了解，并且通過對其學(xué)習(xí)，得出其優(yōu)缺點和應(yīng)用特點，為之后的研究打下了基礎(chǔ)。
(5)通過對Zigbee協(xié)議棧的應(yīng)用層著重了解，并實現(xiàn)了Zigbee的應(yīng)用系統(tǒng)的傳輸方式。
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