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面向工业现场的短程无线监控网络系统设计与实现

专 业: 控制理论与控制工程
关键词: 工业无线监控网络 系统设计 工业现场 令牌机制 介质访问控制协议 无线通信
分类号: TN92
形 态: 共 82 页 约 53,710 个字 约 2.569 M内容
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内容摘要


随着无线通信技术的日趋成熟与发展,无线通信方式在工业控制领域中已经有了越来越广泛的应用,工业无线监控网络就是在这种趋势和背景下发展起来的。

本论文首先介绍了工业应用环境中无线通信技术的研究背景、意义以及国内外研究概况,分析了当前无线通信技术在工业现场应用环境中存在的主要问题,并简要描述了相关无线通信技术标准、物理层传输技术、数据链路层协议等方面的内容。

其次,针对工业现场监控任务对网络通信实时性要求,设计了一种基于令牌控制策略的MAC层协议。

协议栈中令牌控制子层采用令牌机制管理各站点对无线信道的访问,克服了原有MAC子层CSMA\CA机制无序竞争的缺陷,保证了数据传输的时间确定性。

协议设计中定义了控制帧和数据帧结构,并对网络的组建与维护过程做了详细地介绍。

同时,文中还叙述了协议栈模型、逻辑令牌环动态建立、令牌故障的自恢复机制等内容。

然后,从实际工程应用角度出发,设计了一种基于IEEE802.15.4a标准的工业无线短程监控网络主

从站点,给出了硬件设计电路图和相关软件配置方式。

同时,还设计并实现了用于对令牌网络进行实时监听的网络嗅探器以及用于人机交互和数据实时显示的PC平台监控软件WICN-Monitor。

最后,以所设计的硬件平台为基础,采用自主设计的令牌控制协议实现了一个用于监控温度、湿度、光线强度的WICN网络系统,并在实验室环境下进行了相关测试,结果表明所设计的WICN无线网络主

从站点能够稳定运行,令牌MAC协议及WICN监控网络数据通信的实时性可以满足一般工业监控网络系统的要求..……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 绪论
1.1 课题来源
1.2 课题研究的目的和意义
1.3 国内外应用、研究概况
1.4 工业无线短程监控网络系统特点及面临的挑战
1.4.1工业无线短程网络的特点
1.4.2 传统无线通信技术在工业监控领域中所面临的挑战
1.4.3 工业现场的无线网络与无线传感器网络的差异
1.5 论文的主要研究内容
第二章 工业无线网络技术的现状与发展趋势
2.1 短程无线通信网络技术标准
2.1.1 无线局域网:IEEE802.11 family/WLANs
2.1.2 蓝牙:IEEE802.15.1/BlueTooth WPANs
2.1.3 IEEE802.15.4标准与IEEE802.15.4a标准
2.2 工业无线通信网络的技术发展趋势
2.3 CSS通信技术与Chirp调制方式
2.3.1 CSS技术
2.3.2 Chirp脉冲与Sinc脉冲的转换
2.3.3 Chirp调制方式
2.4 本章小结
第三章 基于令牌的MAC层协议
3.1 令牌网络系统的拓扑结构
3.2 协议栈模型
3.3 协议数据格式
3.4 网络组建与运行过程
3.5 网络连接表的建立与更新
3.6 站点的加入/退出及逻辑环自恢复算法
3.7 数据通信任务的优先级别
3.8 令牌目标循环时间的设置
3.9 本章小结
第四章 WICN网络站点软硬件设计
4.1 站点软硬件设计考虑的主要因素
4.2 网络系统主/从站点硬件设计
4.2.1 无线网络系统站点处理器的选择
4.2.2 主/从站点硬件模块设计
4.2.3 无线通信模块的设计与配置
4.2.4 电磁兼容问题及抗干扰措施
4.3 网络系统主从站点软件设计
4.3.1 WICN网络站点软件总体架构
4.3.2 uC/OS-Ⅱ在STM32F103上的移植
4.3.3 主处理器与NA1TR8芯片间SPI接口通信软件设计
4.4 无线收发芯片NA1TR8软件配置
4.4.1 基带Memory配置与设备窗口
4.4.2 收发器Memory映射关系
4.4.3 数据接收与发送
4.4.4 电源管理
4.5 本章小结
第五章 WICN令牌网络嗅探器的设计与实现
5.1 网络嗅探器的工作原理
5.2 网络嗅探器的软硬件设计
5.3 PC平台监测软件的设计
5.3.1 PC平台监测软件设计的意义
5.3.2 WICN-Monitor的总体架构
5.3.3 WICN-Monitor重要模块
5.4 本章小结
第六章 一个WICN网络监控系统的实现
6.1 WICN网络监控系统的实施方案
6.2 WICN网络温湿度、光强监控系统的实现
6.2.1 温度、湿度数据监测
6.2.2 光线强度信号监测
6.3 WICN网络系统的测试
6.4 本章小结
第七章 总结与展望
7.1 总结
7.2 展望
参考文献

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中图分类: > TN92 > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信

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