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研究生:張智凱
研究生(外文):Chih-kai Chang
論文名稱:建構以嵌入式平台為核心之無線感測網路系統
論文名稱(外文):Implementation of an Embedded System Based Sensor Network System
指導教授:陳宏達陳宏達引用關係
指導教授(外文):Honda Chen
學位類別:碩士
校院名稱:朝陽科技大學
系所名稱:資訊工程系碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2008
畢業學年度:96
語文別:中文
論文頁數:69
中文關鍵詞:Zigbee低速率無線個人區域網路多重躍進嵌入式系統
外文關鍵詞:Embedded SystemMult-hopZigbeeLow-rate Wireless Personal Area Network
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本文研究成功以Linux嵌入式平台為核心,開發無線感測網路系統。研究中使用以遵循IEEE 802.15.4標準的Ubec UZ2400 Zigbee晶片搭配微控器 MCS8051 開發出無線感測網路通信及控制節點。 MCS51提供週邊最多可連接16隻接腳的IO裝置和一組UART介面,可因應未來不同需求而發展出不同的應用內容。在感測網路系統部分,搭配嵌入式系統來做整體網域的控制與紀錄,並提供CGI網頁介面以利使用者可以在任何地方透過網路連線的方式來監控各個無線感測網路節點的。本系統可經由IO裝置的收發命令,終端節點將其訊息傳送至嵌入式系統,當嵌入式系統得知此訊息並同時紀錄,在網頁也可以看到正確的結果。也可透過網頁下達控制訊息,經由嵌入式系統的判斷將訊息傳送至目標節點。
An embedded system controlled wireless sensor network system was successfully developed in this study. The sensor node was using a MCS51 microcontroller to control a Zigbee chip which was followed the IEEE 802.15.4.standard. The MCS51 can handle up to 16 IOs and an UART port which the user to develop their applications. The embedded system acted as coordinator which can handle the sensor nodes and record their status. A CGI interface lets the user can easily control and monitor all sensor nodes through internet browser anywhere. This system can successfully detect the control command from the IO of sensor node. The IO status is sent to embedded system and records it. This system also can display to the web page if a browser connect to this system. The user can connect to this system through web browser to send the control command. The control commands can send to the target node successfully.
TABLE OF CONTENTS
中文摘要 I
Abstract II
誌 謝 III
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 無線感測網路簡介 2
1.3 論文簡介 5
第二章 相關知識與原理說明 7
2.1 Zigbee簡介 7
2.2 週邊通訊介面的原理 9
2.2-1 SPI 10
2.2-2 RS-232 11
2.3 CGI簡介 12
第三章 系統架構的設計與實作 14
3.1 系統架構設計 14
3.2 系統運作原理 17
3.2-1 節點開機登入 17
3.2-2 節點IO事件 18
3.2-3 主機IO事件 18
3.3 系統設計 19
3.4 節點控制流程 20
第四章 實驗結果與討論 23
4.1系統實作 23
4.1-1 終端節點的實作 23
4.1-2 嵌入式系統的實作 26
4.2 系統測試 27
4.3討論 39
第五章 結論 40
參考文獻 41
附錄A Zigbee API 43

LIST OF FIGURES

圖1-1 智慧灰塵實照及示意圖 3
圖1-2 系統架構示意圖 5
圖2-1:Multi-hop示意圖 9
圖2-2 週邊通訊介面關係示意圖 10
圖2-3 SPI介面示意圖 11
圖2-4 RS-232 DB-9型接腳圖 12
圖2-5 CGI運行架構圖 13
圖3-1 終端節點架構示意圖 16
圖3-2 AT89C51RD2接腳設定圖 17
圖3-3 Zigbee Data Frame 封包格式 20
圖3-4 終端節點的控制流程 22
圖4-1 UZ2400和AT89C51RD2電路圖 23
圖4-2 電壓轉換模組電路圖 24
圖4-3 Zigbee終端節點電路板 25
圖4-4 微控器中斷向量流程示意圖 26
圖4-5 嵌入式系統實照圖 27
圖4-6 系統實際測試圖 28
圖4-7 嵌入式系統CGI初始化畫面 30
圖4-8 嵌入式系統接收程式運行畫面 30
圖4-9終端節點嘗試登入主機狀態LED燈亮 31
圖4-10終端節點成功登入主機狀態LED燈暗 32
圖4-11 CGI顯示所有節點成功登入狀態 32
圖4-12 CGI顯示使用者傳送IO訊息 33
圖4-13 終端節點顯示使用者傳送IO訊息 34
圖4-14 按下終端節點IO按鈕 35
圖4-15 主機得知節點請求發送訊息 35
圖4-16 終端節點收到其他節點傳來訊息 36
圖4-17 主機顯示節點傳送成功訊息 36


LIST OF TABLES

表2-1:Zigbee與Bluetooth協定比較表 8
表4-1 實際測試參數表 29
表4-2 實際測試結果列表 38
[1]IEEE P802.15 Working Group, Part 15.4: Wireless Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications for Low-Rate Wireless Personal Area Networks (WPANs), IEEE Computer Society, 8 September 2006.
[2]ZigBee Alliance, ZigBee Specification, Version r17, ZigBee Standards Organization, 19 October 2007.
[3]Bluetooth Alliance, Specification of the Bluetooth system, Version 2.1 + EDR, 26 July 2007.
[4]ARM home page, http://www.arm.com
[5]Mini_httpd home page, http://www.acme.com/software/mini_httpd/
[6]Smart Dust Project, http://robotics.eecs.berkeley.edu/~pister/SmartDust/
[7]Bernard Kai-Ping Koh and Peng-Yong Kong, “Performance Study on ZigBee-Based Wireless Personal Area Networks for Real-Time Health Monitoring”, ETRI Journal, Volume 28, Number 4, August 2006.
[8]Ran Peng, Sun Mao-heng and Zou You-min, “ZigBee Routing Selection Strategy Based on Data Services and Energy-Balanced ZigBee Routing,” IEEE Asia-Pacific Conference on Services Computing, 2006.
[9]Freescale Semiconductor Corporation, Serial Peripheral Interface (SPIV3) Block Description, Version 3.06, Freescale Semiconductor Corporation, July 2001.
[10]Philips Semiconductors, The I2C-BUS Specification, Version 2.1, January 2000.
[11]CGI home page, http://hoohoo.ncsa.uiuc.edu/cgi
[12]Weijun Xiao, Yan Sun, Yinan Liu, and Qing Yang, “TEA: Transmission Error Approximation for Distance Estimation between Two Zigbee Devices,” NAS ''06, Aug 2006.
[13]Intec Automation Inc., M5208EVB-RevB User Manual, Version 1.0, Intec Automation Inc., 2007.
[14]Uniband Electronic Corporation home page, http://www.ubec.com.tw
[15]Atmel home page, http://www.atmel.com
[16]Microchip home page, http://www.microchip.com
[17]Intel home page, http://www.intel.com
[18]ATMEL Corporation, AT89C51RD2 Datasheet, Version I, ATMEL Corporation, 2007.
[19]Honda Chen, Pai-Fa Wu, And And Yang Yu Yeh, “Energy Benefits Of Embedded Linux 2.6 In Arm9 Based Soc Systems”,2007 Conference On Microelectronics Technology And Application, May. 18, 2007, National Kaohsiung Marine Univ., Kaohsiung Taiwan, Roc, pp125-126.
[20]Honda Chen, Guo-Cheng Lin And Yang Yu Yeh “Implementation Of A High Configurable And High Performance Embedded Linux System”, 2008 Conference in Information Engineering Application, Mar. 28, 2008, Yuanpei University, Hsin, Taiwan, ROC.
[21]HTML 4.01 Specification, http://www.w3.org/TR/html401/
QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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