基于uCOS-Ⅱ的工业无线传感器网络研究与实现.pdf

中文摘要 摘 要 无线传感器网络 （Wireless Sensor Network, WSN ）是由大量具有信息感知、数 据处理和无线通信能力的传感器节点组成的动态自组织网络。随着芯片设计、硬件 制造、通信、网络、软件开发和系统测试等技术的飞速发展和日益成熟，WSN 技 术也得到了快速发展。目前，WSN 凭借其灵活、可靠、安全和低成本的特点已在 许多应用领域发挥着重要作用，有着广泛的应用前景。 本文针对传统工业生产中众多独立无线传感器节点的网络化管理需求，提出 了一种以工业生产中大量使用的低成本无线射频器件为数据收发器的工业 WSN 技术方案。根据无线射频器件的特性和技术方案的要求，设计了一种 WSN 协议， 包括 MAC 协议、路由协议、传输层协议和应用层协议等内容，解决了工业生产中 众多独立无线传感器节点无法自组网和多跳数据传输问题；设计了以CC1101 为无 线射频收发器，以 STM32F103ZET6/STM32F103C8T6 为主控制器的硬件电路，为 运行 WSN 协议提供了硬件平台；将 uCOS-II 移植到了 WSN 硬件平台，并基于 uCOS-II 设计了 WSN 软件，实现了 WSN 协议的全部内容；对设计的系统进行了 相关的功能验证。实验结果表明，所设计的 WSN 具备了自组网、多跳数据传输等 功能，可以实现对传感器节点的网络化管理，已具备一定的实用性。 本文完成的主要内容： ① 查阅国内外文献资料，分析了 WSN 的概念、特点、研究现状和应用领域， 以及现有WSN 应用方案的不足，确定了本文的研究目标和研究内容。 ② 规划了WSN 的结构、应用系统、协议体系和设计任务。 ③ 完成了 WSN 通信协议的设计，包括 MAC 协议、路由协议、传输层协议和 网络拓扑结构控制等设计。 ④ 设计了以 CC1101 为无线射频收发器，以 STM32F103ZET6 为主控制器的 协调器和以 STM32F103C8T6 为核心控制的节点硬件平台，并完成了相应的硬件 电路制作。 ⑤ 将 uCOS-II 移植到了协调器和节点硬件平台，完成了基于uCOS-II 的所有 硬件驱动程序设计和应用任务程序设计，以及PC 上位机测试软件设计。 ⑥ 结合 PC 上位机测试软件，在 WSN 硬件平台上完成了WSN 功能验证。 关键词：WSN ；MAC 协议；路由协议；传输层协议；uCOS-II I 英文摘要 ABSTRACT The wireless sensor network (WSN) is a dynamic self-organizing network composed of a large number of sensor nodes with information sensing, data processing, and wireless communication capabilities. With the rapid development and maturity of technologies such as chip design, hardware manufacturing, communication, networking, software development, and system testing, WSN technology has also developed rapidly. At present, WSN has played an important role in many applications due to its flexibility, reliability, security and low cost, and has broad application prospects. Aiming at the network management requirements of many independent w