基于可編程陣列的仿生自修復(fù)無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點研制

1、基于可編程陣列的仿生自修復(fù)無線傳感網(wǎng)絡(luò)節(jié)點研制    英文題名 The Development of Bio-inspired Self-healing Wireless Sensor Network and Node Based on Programmable Array  基金 “863”;National Natural Science Key Foundation of China; 關(guān)鍵詞 無線傳感網(wǎng)絡(luò); 無線傳感節(jié)點; 仿生自修復(fù); 故障診斷; 現(xiàn)場可編程陣列; 英文關(guān)鍵詞 wireless sensor network; wire

2、less sensor node; inspired self-healing; fault diagnosis; Field Programmable Array; 中文摘要 無線傳感網(wǎng)絡(luò)是集成了傳感器、嵌入式計算和無線通信三大技術(shù)而形成的全新的信息獲取和處理技術(shù),具有快速展開,抗毀性強等特點,廣泛應(yīng)用于軍事、工業(yè)、交通和環(huán)保等領(lǐng)域。但是由于應(yīng)用環(huán)境常常是人員無法到達的地區(qū),因此穩(wěn)定的應(yīng)用要求無線傳感網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點能夠自主的進行故障診斷和故障修復(fù)。針對無線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點,網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點開發(fā)必須具備功耗低、成本低、體積小等特性,并在通信距離、可靠性、靈活性和安全性上都有一定的要求。本文結(jié)合實際應(yīng)用需求

3、以及無線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點,著重研究了仿生自修復(fù)無線傳感網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架,開發(fā)了基于可編程陣列技術(shù)的仿生自修復(fù)無線傳感節(jié)點。 本文的主要研究和創(chuàng)新工作如下: (1)結(jié)合工程應(yīng)用的需求以及無線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點,研究和搭建了仿生自修復(fù)無線傳感網(wǎng)絡(luò)的模塊化系統(tǒng)構(gòu)架,并分析了該網(wǎng)絡(luò)采用模塊化設(shè)計的功能和優(yōu)點。 (2)在模塊化獨立分層設(shè)計的系統(tǒng)構(gòu)架下,完成了仿生自修復(fù)無線應(yīng)變傳感節(jié)點各硬件模塊的詳細設(shè)計、功能實現(xiàn)以及印刷電路板的設(shè)計,并實現(xiàn)了仿生自修復(fù)節(jié)點的基礎(chǔ)軟件平臺的開發(fā),包括節(jié)點故障診斷、自重構(gòu)和通信程序。 (3)通過實驗,首先對仿生自修復(fù)無線傳感節(jié)點的功耗、模數(shù)轉(zhuǎn)換、傳輸距離、信. 英文摘要 Wireless

4、 sensor network (WSN), which is integrated of the convergence of sensor, embedded calculation and wireless communication  摘要 4-5 Abstract 5 圖表清單 9-11 注釋表 11-12 第一章 緒論 12-17     1.1 研究背景 12     1.2 仿生自修復(fù)無線傳感網(wǎng)絡(luò)概述 12-14     1.3 國內(nèi)外研究狀況 14-16   

5、;  1.4 本文研究意義和內(nèi)容 16-17 第二章 仿生自修復(fù)無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和節(jié)點構(gòu)架的研究 17-25     2.1 引言 17     2.2 仿生自修復(fù)無線傳感網(wǎng)絡(luò)和節(jié)點的設(shè)計要求 17-20         2.2.1 網(wǎng)絡(luò)設(shè)計要求 17-18         2.2.2 節(jié)點設(shè)計要求 18-20     2.3 可編程器件概述 20 

6、0;   2.4 仿生自修復(fù)無線傳感網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計 20-23     2.5 仿生自修復(fù)無線傳感節(jié)點構(gòu)架設(shè)計 23-24     2.6 本章小結(jié) 24-25 第三章 仿生自修復(fù)無線應(yīng)變傳感節(jié)點設(shè)計的實現(xiàn) 25-56     3.1 引言 25     3.2 傳感模塊設(shè)計 25-26     3.3 信號處理模塊設(shè)計 26-32         3.3.1

7、 核心處理電路 26-32         3.3.2 時鐘電路 32         3.3.3 節(jié)點硅序列號電路 32     3.4 自修復(fù)模塊設(shè)計 32-38         3.4.1 現(xiàn)場可編程模擬陣列概述 32-33         3.4.2 FPAA 選型要求和AN231

8、E04 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其引腳說明 33-35         3.4.3 基于 FPAA 的自修復(fù)模塊與其他模塊的連接及其工作方式 35-38     3.5 射頻模塊設(shè)計 38-42         3.5.1 CC2420 概述 38-39         3.5.2 CC2420 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 39-40     &#

9、160;   3.5.3 CC2420 外圍電路 40-41         3.5.4 CC2420 的微處理器數(shù)字接口 41         3.5.5 CC2420 硬件安全機制 41-42     3.6 硬件電源設(shè)計 42-43     3.7 節(jié)點的PCB 設(shè)計 43-45         3.7

10、.1 Protel 99 簡介和應(yīng)用 43         3.7.2 仿生自修復(fù)節(jié)點的PCB 設(shè)計 43-45     3.8 自修復(fù)節(jié)點設(shè)計的軟件開發(fā) 45-55         3.8.1 自修復(fù)節(jié)點軟件架構(gòu) 45-46         3.8.2 Anadigm Designer 軟件 46-48     &#

11、160;   3.8.3 AVR Studio 編譯環(huán)境和ICCAVR 編譯軟件 48-50         3.8.4 仿生自修復(fù)無線傳感節(jié)點程序 50-55     3.9 本章小結(jié) 55-56 第四章 仿生自修復(fù)無線傳感節(jié)點的性能測試與評估 56-67     4.1 引言 56     4.2 功耗測試 56-57     4.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣測試 57-61  

12、60;  4.4 傳輸距離測試 61-62     4.5 射頻信號頻譜測試 62-63     4.6 自修復(fù)功能測試 63-66         4.6.1 實驗方案 63-64         4.6.2 實驗過程 64-65         4.6.3 實驗結(jié)論 65-66    

13、 4.7 本章小結(jié) 66-67 第五章 仿生自修復(fù)無線傳感節(jié)點上位機演示系統(tǒng) 67-75     5.1 引言 67     5.2 上位機軟件界面及 LabVIEW 程序 67-68     5.3 上位機數(shù)據(jù)處理程序 68-70     5.4 上位機演示系統(tǒng)實驗 70-74         5.4.1 上位機演示系統(tǒng) 71-72       

14、  5.4.2 上位機演示系統(tǒng)實驗自修復(fù)流程 72-73         5.4.3 上位機演示系統(tǒng)實驗過程及結(jié)果 73-74     5.5 本章小結(jié) 74-75 第六章 總結(jié)與展望 75-77     6.1 論文總結(jié) 75     6.2 課題展望 75-77 參考文獻 77-80         3.5.3 CC2420 外圍電路 40-41

15、60;       3.5.4 CC2420 的微處理器數(shù)字接口 41         3.5.5 CC2420 硬件安全機制 41-42     3.6 硬件電源設(shè)計 42-43     3.7 節(jié)點的PCB 設(shè)計 43-45         3.7.1 Protel 99 簡介和應(yīng)用 43    

16、0;    3.7.2 仿生自修復(fù)節(jié)點的PCB 設(shè)計 43-45     3.8 自修復(fù)節(jié)點設(shè)計的軟件開發(fā) 45-55         3.8.1 自修復(fù)節(jié)點軟件架構(gòu) 45-46         3.8.2 Anadigm Designer 軟件 46-48         3.8.3 AVR Studio 編譯環(huán)境和ICCAV

17、R 編譯軟件 48-50         3.8.4 仿生自修復(fù)無線傳感節(jié)點程序 50-55     3.9 本章小結(jié) 55-56 第四章 仿生自修復(fù)無線傳感節(jié)點的性能測試與評估 56-67     4.1 引言 56     4.2 功耗測試 56-57     4.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣測試 57-61     4.4 傳輸距離測試 61-62    

18、; 4.5 射頻信號頻譜測試 62-63     4.6 自修復(fù)功能測試 63-66         4.6.1 實驗方案 63-64         4.6.2 實驗過程 64-65         4.6.3 實驗結(jié)論 65-66     4.7 本章小結(jié) 66-67 第五章 仿生自修復(fù)無線傳感節(jié)點上位機演示系統(tǒng) 67-75

19、     5.1 引言 67     5.2 上位機軟件界面及 LabVIEW 程序 67-68     5.3 上位機數(shù)據(jù)處理程序 68-70     5.4 上位機演示系統(tǒng)實驗 70-74         5.4.1 上位機演示系統(tǒng) 71-72         5.4.2 上位機演示系統(tǒng)實驗自修復(fù)流程 72-73  

20、0;      5.4.3 上位機演示系統(tǒng)實驗過程及結(jié)果 73-74     5.5 本章小結(jié) 74-75 第六章 總結(jié)與展望 75-77     6.1 論文總結(jié) 75     6.2 課題展望 75-77 參考文獻 77-80         3.5.3 CC2420 外圍電路 40-41         3.5.

21、4 CC2420 的微處理器數(shù)字接口 41         3.5.5 CC2420 硬件安全機制 41-42     3.6 硬件電源設(shè)計 42-43     3.7 節(jié)點的PCB 設(shè)計 43-45         3.7.1 Protel 99 簡介和應(yīng)用 43         3.7.2 仿生自修復(fù)節(jié)點的PCB 設(shè)計 43

22、-45     3.8 自修復(fù)節(jié)點設(shè)計的軟件開發(fā) 45-55         3.8.1 自修復(fù)節(jié)點軟件架構(gòu) 45-46         3.8.2 Anadigm Designer 軟件 46-48         3.8.3 AVR Studio 編譯環(huán)境和ICCAVR 編譯軟件 48-50         3.8.4 仿生自修復(fù)無線傳感節(jié)點程序 50-55     3.9 本章小結(jié) 55-56 第四章 仿生自修復(fù)無線傳感節(jié)點的性能測試與評估 56-67     4.1 引言 56     4.2 功耗測試 56-57     4.3 模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣測試 57-61     4.4 傳輸距離測試 61-62     4.5 射頻信號頻譜測試 62-63 &