基于Zigbee的物联网数据平台示范应用设计.pdf

1、专业学位硕士学位论文基于7 i g b e e 的物联网数据平台示范应用设计T h eD e s i g no fD e m o n s t r a t i o nl O TA p p l i c a t i o nf o rD a t aP l a t f o r mo nZ i g b e e学31 2 0 9 0 5 8完成日期：2 01 4 5 6大连理工大学D a l i a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中已

2、经注明引用内容和致谢的地方外，本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他已申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：叁王圣l g 垒皇皇笪塑鐾圈墼堡垩鱼丕堇廑旦堡过作者签名：目墨屋日期：三!堡年之月L 日大连理工大学专业学位硕士学位论文摘要大型物联网应用一方面受限制于物体间通信技术，另一方面受限制于传感器产生的大量多元异构数据的存储和处理，所以目前我国大型物联网应用并不多。另外我国矿产总量排在世界第三，然而目前我国矿山内部对于粉尘的处理依然存在着处理不及时、处

3、理不完全、智能化程度地等问题。针对以上问题，本文使用智能矿山除尘系统作为示范应用，在系统前端智能感知部分使用Z i g b e e 技术作为通信方案，后端使用H B a s e 分布式数据库作为数据平台的存储和处理环境，使用G S M 通信技术连接前端物体感知网络与后端数据平台，形成一套针对矿山除尘的物联网数据平台解决方案。该智能矿山除尘系统包含后端数据平台、网关调度系统、数据监测系统、除尘系统四个子系统。数据监测子系统对矿山环境进行实时监测，并将监测到的数据通过Z i g b e e 网络传至网关调度子系统，网关调度子系统将数据传至数据平台进行分析、处理及存储，然后将控制命令发回到网关调度子

4、系统，最后网关调度子系统通过Z i g b e e 网络将控制命令传至除尘子系统进行除尘。本设计中首先对Z i g b e e 技术从协议栈结构、网络拓扑、协议规范以及系统结构四个方面进行了介绍，分析了Z i g b e e 技术的对矿山除尘系统系统设计的可行性。之后对网关调度子系统、数据监测子系统和除尘子系统从芯片选型、原理图设计两个方面对设备硬件进行了设计，又从整体通信设计和三个子系统的软件实现过程设计两个方面对系统软件进行了设计和实现。然后通过数据库设计、通信框架设计以及页面功能设计三个方面对数据平台进行了设计。最后通过节点能力测试和节点功耗测试两个方面对节点性能进行了测试，确保了节点性

5、能满足系统设计的需求。最后对整个系统进行了联合功能测试，确保了正确地实现了预期功能。本设计使用Z i g b e e 技术完成了网关调度子系统、数据监测系统、除尘系统间的通信与控制，通过G S M 网络使前端工作环境与后端数据平台进行通信，实现了自动化除尘系统。此系统具有自动化程度高、以实时存储的数据为依据等特点。关键词：Z i g b e e：矿山除尘：物联网：传感器：数据平台T h eD e s i g no fD e m o n s t r a t i o nI O TA p p l i c a t i o nf o rD a t aP l a t f o r mo nZ i g b e

6、 eA bs t r a c tB e c a u s eo f c o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g yo f t h i n g sa n dt h eb i gd a t ao f s e n s o r s，t h el a r g eI T Oa p p l i c a t i o n si sn o tw i d e l yu s e d A n dC h i n ai st h ef i r s tt h r e em i n i n gc o u n t r yi nt h ew o r l d B u tc u r r e n

7、t l yt h e r ei ss t i l las e r i o u sp r o b l e mo nd u s tc o n t r o la tm i n e si no u rc o u n t r yw i t hal o wd e g r e eo fa u t o m a t i o n S oi nt h i sp a p e ru s eas m a r td u s tc o n t r o ls y s t e ma sad e m o I nI n t e l l i S e n s eo ft h es y s t e mu s eZ i g b e et o

8、c o m m u n i c a t i o na n du s eH b a s ea sd a t a b a s et ob ee n v i r o n m e n to fd a t ap l a t f o r m U s eG S Mc o n n e c tt h a tt w op a r t s T h es y s t e mi sah i g hd e g r e eo fa u t o m a t i o nZ i g b e e b a s e ds y s t e m I nt h i ss y s t e md u s ti sc o n t r o l l

9、e db yr e a l t i m es t o r a g ed a t a T h es y s t e mi n c l u d e sf o u rs u b s y s t e m st h eb a c k e n dd a t ap l a t f o r m，g a t e w a ys c h e d u l i n gs u b s y s t e m，d a t am o n i t o r i n gs u b s y s t e m，d u s tc o n t r o ls u b s y s t e m D a t am o n i t o r i n gs

10、u b s y s t e mt r a n s m i tt h es e n s o rd a t at og a t e w a ys c h e d u l i n gs u b s y s t e mt h r o u g hZ i g b e en e t w o r k T h e nt h ed a t ai st r a n s m i t t e dt od a t ap l a t f o r mf o ra n a l y s i s，p r o c e s s i n ga n ds t o r a g eb yg a t e w a ys c h e d u l i

11、 n gs u b s y s t e m F i n a l l yd a t ap l a t f o r ms e n d st h ec o n t r o lc o m m a n d st od u s tc o n t r o ls u b s y s t e mt oc o n t r o ld u s tv i aa t e w a ys c h e d u l i n gs u b s y s t e mt h r o u g hZ i g b e en e t w o r k T h i sp a p e rf i r s ti n t r o d u c e sf o

12、u ra s p e c t so fZ i g b e ep r o t o c o l，p r o t o c o ls t a c ks t r u c t u r e，n e t w o r kt o p o l o g y，p r o t o c o ls p e c i f i c a t i o na n ds y s t e ma r c h i t e c t u r e，a n da n a l y z e st h ef e a s i b i l i t yo fZ i g b e et e c h n o l o g ys y s t e m sf o rt h es

13、 y s t e md e s i g n A f t e rt h a td e s i g nt h eh a r w a r eo fg a t e w a ys c h e d u l i n gs u b s y s t e m，d a t am o n i t o r i n gs u b s y s t e ma n dd u s tc o n t r o ls u b s y s t e mf r o mt w oa s p e c t so ft h ec h i ps e l e c t i o n，s c h e m a t i cd e s i g n A n dd e

14、 s i g na n di m p l e m e n t a t i o nt h es o f t w a r ef o rt h a tt h r e es u b s y s t e mf r o mt w oa s p e c t so fc o m m u n i c a t i o nd e s i g na n ds o f t w a r ep r o c e s sd e s i g n T h e nd e s i g nt h ed a t ap l a t f o r mt h r o u g ht h r e ea s p e c t so fd a t a b

15、a s ed e s i g n，p a g ed e s i g n，a n df u n c t i o n a lc o m m u n i c a t i o nf r a m e w o r k F i n a l l yt e s tt h en o d ec o m m u n i c a t i o nc a p a b i l i t i e sa n dn o d ep o w e rc o n s u m p t i o nt oe n s u r et h a tt h en o d ep e r f o r m a n c eC a nm e e tt h en e

16、e d so ft h es y s t e md e s i g n T h e nt e s tt h ef u n c t i o no ft h es y s t e mt oe n s u r et h ea v a i l a b i l i t yo ft h es y s t e m T h i sd e s i g nu s e sZ i g b e et e c h n o l o g yt oc o m p l e t et h ec o m m u n i c a t i o na n dc o n t r o lo fg a t e w a ys c h e d u l i n gs u b s y s t e m，d a t am o n i t o r i n gs u b s y s t e ma n dd u s tc o n t r o ls u b s y s t e m A n du s eG S Mn e t w o r tt oc o m p l e t et h ec o m m u n i c a t i o nb e t w e e n