基于UWB通信的无线传感网络技术研究.pdf

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1、硕士学位论文基于UWB通信的无线传感网络技术研究WIRELESSSENSORNETWORKIMPLEMENTATIONBASEDONUWB胡瑜哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN407学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工学硕士学位论文基于UWB通信的无线传感网络技术研究硕士研究生胡瑜：导师刘晓为：教授申请学位工学：硕士学科微电子学与固体电子学：所在单位航天学院：答辩日期201：8年6月授予学位单位哈尔滨工业大学：ClassifiedIndex:TN407U.D.C:621.3DissertationfortheMast

2、erDegreeinEngineeringWIRELESSSENSORNETWORKIMPLEMENTATIONBASEDONUWBCandidate：HuYuSupervisor：Prof.LiuXiaoweiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpecialty：MicroelectronicsandSolid-StateElectronicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Insti

3、tution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要无线传感器网络作为现代物联网的核心技术，起着数据采集，传输的重要作用，其组网技术是保证数据能够良好传输的关键所在。随着时代的发展，也对无线传感器网络所适用的环境提出了新的要求，针对室内舱内等复杂通信环境，研究一种更高速，更低耗，更抗干扰的无线传感器网络是十分必要的。UWB作为一种高频，超宽带的通信方式，兼具高速率和低功耗的特点，但目前尚没有将其用于组网的研究。本课题设计并实现了一套基于UWB的无线传感器网络系统，网络中包含有数据采集，数据传输，从而实现

4、一种具有高通信速率、低功耗、中距离的适用于室内舱内环境的无线传感器网络。主要内容包括：首先根据无线传感器网络的功能设计了包括组网协调器、路由节点、数据采集终端节点和监控上位机的总体方案，分析确定了以星状网络和树状网络为拓扑结构的网络结构。实现了基于STM32的SPI通信控制UWB收发模块DWM1000的无线路由节点、协调器节点的硬件平台设计。设计实现了基于STM32的AD的多路终端数据采集节点的设计，可以采集3路0-5V的电压，和3路4-20mA的电流。然后基于硬件平台着重研究了星形网络和树状网络的协议并进行了实现，通过这样的网络，就可以将采集到的数据

5、进行发送等操作和处理。同时，论文基于Qt和Python实现了可以和协调器进行串口通信的上位机系统，上位机可以发送各种指令，获取网络拓扑，重载Qt组件中的paintevent函数画出拓扑图；也可以获取数据，通过Python的Matplotlib库画出采集到的电压的实时示意图。最后，论文给出了各板子功能测试及系统整体测试的过程，测试结果表明，系统各模块均满足设计需求，数据采集部分通过矫正可以达到1/1000的精度；网络协议部分能够实现动态组网、数据采集、传输的功能。该网络节点之间的通信距离在6.8Mbps的速率下可以达到18米，在850kbps的速率下可以

6、达到40米。系统具有良好的稳定性和可靠性，同时也有很优秀的通信性能。关键词：UWB；无线传感器网络；数据采集及传输；-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractAsthecoretechnologyofmodernInternetofThings,wirelesssensornetworkplaysanimportantroleindatacollectionandtransmission.Itsnetworkingtechnologyisthekeytoensurethatdatacanbetransmittedwell.Withthedev

7、elopmentofthetimes,newrequirementshavealsobeenputforwardforwirelesssensornetworks,highertransmissionrates,moreappropriatepowerconsumption,andlowercosts.UWB,asahigh-frequency,ultra-widebandcommunicationmethod,canachievebothhighspeedandlowpowerconsumption.Butithasnotyetbeenusedfor

8、thestudyofnetworkinganddatatransmitting.Thispap