南京航空航天大学硕士学位论文基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现姓名：耿长剑申请学位级别：硕士专业：电路与系统指导教师：王成华20090101南京航空航天大学硕士学位论文摘要无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种集成了计算机技术、通信技术、传感器技术的新型智能监控网络，已成为当前无线通信领域研究的热点。
随着生活水平的提高，环境问题开始得到人们的重视。
传统的环境监测系统由于传感器成本高，部署比较困难，并且维护成本高，因此很难应用。
本文以环境温度和湿度监控为应用背景，实现了一种基于无线传感器网络的监测系统。
本系统将传感器节点部署在监测区域内，通过自组网的方式构成传感器网络，每个节点采集的数据经过多跳的方式路由到汇聚节点，汇聚节点将数据经过初步处理后存储到数据中心，远程用户可以通过网络访问采集的数据。
基于CC2430无线单片机设计了无线传感器网络传感器节点，主要完成了温湿度传感器SHT10的软硬件设计和部分无线通讯程序的设计。
以PXA270为处理器的汇聚节点，完成了嵌入式Linux系统的构建，将Linux2.6内核剪裁移植到平台上，并且实现了JFFS2根文件系统。
为了方便调试和数据的传输，还开发了网络设备驱动程序。
测试表明，各个节点能够正确的采集温度和湿度信息，并且通信良好，信号稳定。
本系统易于部署，降低了开发和维护成本，并且可以通过无线通信方式获取数据或进行远程控制，使用和维护方便。
关键词：无线传感器网络，环境监测，温湿度传感器，嵌入式Linux，设备驱动AbstractWireless Sensor Network, a new intelligent control and monitoring network combining sensor technology with computer and communication technology, has become a hot spot in the field of wireless communication.With the improvement of living standards, people pay more attention to environmental issues. Because of the high maintenance cost and complexity of dispose, traditional environmental monitoring system is restricted in several applications. In order to surveil the temperature and humidity of the environment, a new surveillance system based on WSN is implemented in this thesis.Sensor nodes are placed in the surveillance area casually and they construct ad hoc network automatieally. Sensor nodes send the collection data to the sink node via multi-hop routing, which is determined by a specific routing protocol. Then sink node reveives data and sends it to the remoted database server, remote users can access data through Internet. The wireless sensor network node is designed based on a wireless mcu CC2430, in which we mainly design the temperature and humidity sensors’ hardware and software as well as part of the wireless communications program. Sink node's processors is PXA270, in which we construct the sink node embedded Linux System. Port the Linux2.6 core to the platform, then implement the JFFS2 root file system. In order to facilitate debugging and data transmission, the thesis also develops the network device driver.Testing showed that each node can collect the right temperature and humidity information, and the communication is stable and good. The system is easy to deploy so the development and maintenance costs is reduced, it can be obtained data through wireless communication. It's easy to use and maintain.Key Words: Wireless Sensor Network, Environment Monitoring, Temperature and Humidity Sensor, Embedded Linux, Device Drivers图、表清单图1.1 无线传感器网络结构图 (2)图2.1 系统体系结构 (6)图2.2 传感器节点体系结构 (8)图2.3 汇聚节点设计框图 (8)图3.1 CC2430核心板电路图 (13)图3.2 SHT10硬件原理图 (14)图3.3 能量供应模块原理图 (14)图3.4 SHT10启动传输时序 (15)图3.5 SHT10湿度测量时序图 (16)图3.6 SHT10通讯复位时序图 (16)图3.7 SHT10温湿度采集流程图 (18)图3.8 TinyOS体系结构 (21)图3.9 TinyOS组件图 (21)图3.10 传感器节点工作流程图 (23)图3.11 节点数据发送流程图 (24)图3.12 节点数据接收中断服务程序流程图 (25)图4.1 交叉编译调试示意图 (26)图4.2 U-Boot启动代码流程图 (27)图5.1 内核启动流程图 (36)图5.2 head.S执行流程图 (37)图5.3 Linux内核配置示意图 (42)图5.4 内核配置原理 (42)图6.1 Linux网络驱动程序的层次 (48)图6.2 将模块连接到Linux内核示意图 (49)图6.3 LAN91C111内部结构 (49)图6.4 LAN91C111接口电路原理框图 (52)图6.5 以太网发送数据包流程图 (57)图6.6 以太网接收数据包流程图 (59)图7.1 节点实物图 (61)南京航空航天大学硕士学位论文图7.2 传感器节点测试连接图 (62)图7.3 通过串口输出的节点B接收到的数据 (62)图7.4 温湿度表HC520测得的数据 (63)图7.5 汇聚节点电路板实物图 (63)图7.6 超级终端新建串口连接 (64)图7.7 超级终端选择端口 (64)图7.8 超级终端设置通信端口属性 (64)图7.9 通过超级终端输出的系统启动画面 (65)图7.10 地理信息系统 (65)图7.11 节点数据显示 (66)图7.12 节点数据曲线图 (66)图7.13 节点数据图表 (66)表2.1 典型无线传感器网络节点配置 (7)表3.1 SHT10引脚说明 (13)表3.2 SHT10命令编码表 (15)表3.3 温度转换系数d1取值列表 (17)表3.4 温度转换系数d2取值列表 (17)表3.5 湿度转换系数t1取值列表 (17)表3.6 湿度转换系数t2取值列表 (17)表4.1 汇聚节点板级寄存器 (29)表4.2 汇聚节点地址空间分配 (29)表4.3 U-Boot头文件主要配置参数 (31)表4.4 GPIO配置相关寄存器 (32)表4.5 nCS0配置清单 (33)表4.6 MDCNFG配置选项 (33)表6.1 LAN91C111 MAC寄存器I/O空间映射表 (50)表6.2 LAN91C111 PHY MII寄存器列表 (51)基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现注释表WSN 无线传感器网络d1,d2温度转换系数SO T实际测得的温度数据C1,C2,C3湿度转换线性补偿系数SO RH相对湿度测量值RH linear线性补偿后的湿度值RH true线性、温度补偿后的湿度值t1,t2温度补偿系数承诺书本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，独立进行研究工作所取得的成果。
尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人享有著作权的内容。
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(保密的学位论文在解密后适用本承诺书)作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文第一章绪论20世纪90年代以来，随着无线通信技术、嵌入式计算技术、现代网络、MEMS微电子机械系统和传感器技术的飞速发展，具有感知、计算和无线网络通信能力的传感器及由其构成的无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）已经引起了人们的极大关注[1]。
无线传感器网络能够克服单一传感器在用户信息需求方面的不足，能够智能地获取用户所需信息，并且可以部署和工作在人员难以到达的区域，是一种网络化、智能化的全新的信息获取和处理技术。
美国《商业周刊》认为WSN是全球未来四大高技术产业之一，是21世纪世界最具有影响力的21项技术之一[2]。