有關基于Zigbee的校園節能監管系統網關的研究與設計論文
摘要
隨著社會和經濟的飛速發展，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象。為了保證校園能源需求，并實現有效節能，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.無線網關進行了相關研究。論文主要工作如下：
1、從建設節能校園背景和意義出發，簡要介紹了國內外高校的能耗現狀，并重點分析了合肥工業大學的能耗現狀，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系統良性循環的原則，以電子信息、互聯網技術為支撐而建立的新型體系。為此引入基于Zigbee傳輸無線網關這一解決方案，無線網關是一個開放的，模塊化的，可編程的通入接入平臺，其可以實現將不同使用標準，不同頻段的傳感網絡匯集到通信網絡，研究需求分析后得出其功能。無線網關通過使用開放的、可插拔的無線傳感網絡Zigbee接入模塊，可以及時響應傳輸數據，從而實現物理世界、計算機世界以及管理人員的即時溝通。
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新之處并對此提出改進意見。
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 本文研究內容12
第二章 Zigbee無線通信技術綜述13
2.1 Zigbee無線技術概述13
2.2 Zigbee網絡拓撲結構15
2.3 Zigbee協議規范17
2.3.1 物理層(PHY)18
2.3.2 媒體接入控制層(MAC)19
2.3.3 網絡層(NWK)21
2.3.4 應用層(APL)23
2.4 Zigbee無線技術應用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 任務管理26
2.5.3 任務間同步與通信27
2.5.4 內存管理28
2.5.5 移植29
2.6 LwIP網絡協議棧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的網關系統架構的設計38
3.1 課題的設計任務38
3.2 方案提出39
3.2.1 Zigbee 無線芯片的選取39
3.2.3 方案的整體構思41
3.3 協議規范42
3.3.1 基本概念42
3.3.2 Zigbee網絡拓撲結構42
3.3.3 各協議版本比較45
3.4 Zigbee網絡體系結構設計45
3.4.1 Zigbee物理層設計46
3.4.2 Zigbee MAC層設計47
3.4.3 Zigbee網絡層設計48
3.4.4 Zigbee應用層設計49
3.5 Zigbee網絡內部通信設計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 網關的Zigbee網絡通信模塊設計與實現55
4.1 系統開發環境55
4.1.1 系統的硬件設備選擇55
4.1.2 終端節點射頻芯片的選擇56
4.2 系統實施步驟57
4.3 數據組織及編碼規范58
4.4 網關串口驅動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 實驗準備61
4.6.1 硬件61
4.6.2 MfgTool仿真62
4.6.3 通過有線網絡上網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)首先通過對μC/OS-II的深入學習，了解其任務和機制。
(2)對LwIP協議棧尋找更多的知識和了解，并對其加強了分析。
(3)對Zigbee的發展展開了深入學習，并了解其發展史，在進行應用時能夠對其更好地掌握。
(4)對IEEE 802.15.4標準和Zigbee協議規范進行深入了解，并且通過對其學習，得出其優缺點和應用特點，為之后的研究打下了基礎。
(5)通過對Zigbee協議棧的應用層著重了解，并實現了Zigbee的應用系統的傳輸方式。
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