有關(guān)基于Zigbee的校園節能監管系統網(wǎng)關(guān)的研究與設計論文
摘要
隨著(zhù)社會(huì )和經(jīng)濟的飛速發(fā)展，校園能耗高的問(wèn)題日益突出，校園能源利用存在較大的浪費現象。為了保證校園能源需求，并實(shí)現有效節能，應建立能源遠程監控與管理平臺，獲取校園水、電、暖、氣等能耗的即時(shí)數據，從而有效地監測和管理校園的能源系統。
如何高效地將校園的能耗數據采集、整合以及分析，從而實(shí)現對能耗的遠程監控和管理，這對于高校的綠色節能建設尤為重要。因此，本論文針對基于Zigbee傳輸的校園節能監管平臺的.無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)進(jìn)行了相關(guān)研究。論文主要工作如下：
1、從建設節能校園背景和意義出發(fā)，簡(jiǎn)要介紹了國內外高校的能耗現狀，并重點(diǎn)分析了合肥工業(yè)大學(xué)的能耗現狀，闡釋了建設校園節能平臺的必要性以及基本構架。
2、校園節能監管是基于生態(tài)系統良性循環(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(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)這一解決方案，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)是一個(gè)開(kāi)放的，模塊化的，可編程的通入接入平臺，其可以實(shí)現將不同使用標準，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(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)通過(guò)使用開(kāi)放的、可插拔的無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò )Zigbee接入模塊，可以及時(shí)響應傳輸數據，從而實(shí)現物理世界、計算機世界以及管理人員的即時(shí)溝通。
3、介紹Zigbee測試方案的內容，包括其平臺相容性以及互通性測試，最后總結了本論文主要工作和創(chuàng )新之處并對此提出改進(jìn)意見(jiàn)。
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 研究現狀8
1.2.1 國內的現狀8
1.2.2 國外的現狀10
1.3 本文研究?jì)热?2
第二章 Zigbee無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)綜述13
2.1 Zigbee無(wú)線(xiàn)技術(shù)概述13
2.2 Zigbee網(wǎng)絡(luò )拓撲結構15
2.3 Zigbee協(xié)議規范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 應用層(APL)23
2.4 Zigbee無(wú)線(xiàn)技術(shù)應用24
2.5 嵌入式UC/OS-Ⅱ操作系統26
2.5.1 體系結構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(jiǎn)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)系統架構的設計38
3.1 課題的設計任務(wù)38
3.2 方案提出39
3.2.1 Zigbee 無(wú)線(xiàn)芯片的選取39
3.2.3 方案的整體構思41
3.3 協(xié)議規范42
3.3.1 基本概念42
3.3.2 Zigbee網(wǎng)絡(luò )拓撲結構42
3.3.3 各協(xié)議版本比較45
3.4 Zigbee網(wǎng)絡(luò )體系結構設計45
3.4.1 Zigbee物理層設計46
3.4.2 Zigbee MAC層設計47
3.4.3 Zigbee網(wǎng)絡(luò )層設計48
3.4.4 Zigbee應用層設計49
3.5 Zigbee網(wǎng)絡(luò )內部通信設計51
3.5.1 應用層API51
3.5.2 程序設計51
3.5.3 連通性測試53
第四章 網(wǎng)關(guān)的Zigbee網(wǎng)絡(luò )通信模塊設計與實(shí)現55
4.1 系統開(kāi)發(fā)環(huán)境55
4.1.1 系統的硬件設備選擇55
4.1.2 終端節點(diǎn)射頻芯片的選擇56
4.2 系統實(shí)施步驟57
4.3 數據組織及編碼規范58
4.4 網(wǎng)關(guān)串口驅動(dòng)59
4.4.1 串口通信原理59
4.4.2 設計原理60
4.4.3 函數列表60
4.5 Zigbee模塊串口61
4.6 實(shí)驗準備61
4.6.1 硬件61
4.6.2 MfgTool仿真62
4.6.3 通過(guò)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )上網(wǎng)66
第五章 總結與展望68
參考文獻69
第五章 總結與展望
本文的主要工作總結如下:
(1)首先通過(guò)對μC/OS-II的深入學(xué)習，了解其任務(wù)和機制。
(2)對LwIP協(xié)議棧尋找更多的知識和了解，并對其加強了分析。
(3)對Zigbee的發(fā)展展開(kāi)了深入學(xué)習，并了解其發(fā)展史，在進(jìn)行應用時(shí)能夠對其更好地掌握。
(4)對IEEE 802.15.4標準和Zigbee協(xié)議規范進(jìn)行深入了解，并且通過(guò)對其學(xué)習，得出其優(yōu)缺點(diǎn)和應用特點(diǎn)，為之后的研究打下了基礎。
(5)通過(guò)對Zigbee協(xié)議棧的應用層著(zhù)重了解，并實(shí)現了Zigbee的應用系統的傳輸方式。
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