无线传感器网络的设计与仿真毕业论文

摘要

无线传感器网络是一种全新的信息获取和处理技术，具有许多传统网络无法比拟的优点，可广泛应用于军事、医疗、灾难救助等环境中，已经成为现代通信技术中的一个热点研究领域。由于无线传感器网络中的节点普遍能量受限，因而设计能量有效的无线传感器网络路由协议受到了学术界和工业界的高度重视。

本文在上述背景下概述了影响无线传感器网络路由协议设计的因素，指出了传感器网络路由协议的评价标准，介绍了几种主流的传感器网络路由协议，并选择典型的低能量自适应聚类层次结构(LEACH)协议进行了深入分析，着重描述了实现LEACH协议的关键算法，分析了该协议存在的优势与不足，并给出了一些修改的建议。

在上述工作的基础上，本文利用网络仿真软件NS-2对其进行建模，重点实现了LEACH协议、CSMA协议、网关处理的有限状态机模型(FSM)，并结合节点模型和网络模型，在omnet的虚拟无线环境下建立了LEACH协议的仿真平台。

最后利用上述平台建立了两个包含不同数量节点的无线传感器网络，仿真了LEACH协议的实际运行情况，并根据相关定义统计了网络的生命周期，节点能耗等参数，最终得出了LEACH协议能够高效利用能量的结论。本文建立LEACH协议仿真平台的相关工作，为针对该协议的后续改进研究作了铺垫，具有一定的应用价值。

关键词无线传感器网络；路由协议；LEACH；NS-2网络仿真

Abstract

Motivated by the advancement in sensor, embedded computing, networking and wireless communication technologies, wireless sensor network (WSN) is now regarded as a promising technology for pervasive information acquiring and processing. Since WSN could be deployed in diverse applications, such as military affairs, medical care, emergencies, and so on, it becomes a boosting research topic in modern wireless networking technology. Due to the limited power supply characteristics of individual sensor node, it is extensively desirable to find out ways to maximize the life time of WSN. Consequently, energy-efficient routing protocol has become a hotspot in both academic research and industrial practices.

This thesis firstly summarizes the factors which dominate the energy-consumption characteristics of routing protocol for WSN. Some criteria are then presented to evaluate the performance of a given routing protocol. Secondly, after introducing several mainstream routing protocols, the Low Energy Adaptive Clustering Hierarchy (LEACH) will be addressed to elucidate its advantages and disadvantages. Some proposals are also discussed to improve the LEACH routing protocol.

In addition, by employing the network simulation tool—NS-2, this thesis lays emphasis on modeling the Finite State Machine of LEACH protocol, CSMA protocol. After that, based on the node and network model, LEACH protocol’s simulation platform will be presented using omnet’s virtual wireless environment.

Finally, by setting up two WSN application scenarios with different number of sensor nodes, the life-time of WSN and the node’s energy consumption of the WSN are collected and analyzed. It is validated that the LEACH protocol is energy-efficient, which is suitable for the requirement by practical WSN implementations. Moreover, the completed simulation platform offer a good beginning for the future studies on LEACH protocol and its improved variations.

Key words Wireless Sensor Network; Routing Protocol; LEACH; Network Simulation Using NS-2

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

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涉密论文按学校规定处理。

作者签名：日期：年月日

导师签名：日期：年月日

目录

1 引言 (6)

2 绪论...............................................................................................................................

2.1 无线传感器网络简介...........................................................................................

2.2 无线传感器网络体系结构...................................................................................

2.2.1 传感器节点组成........................................................................................

2.2.2 网络体系结构............................................................................................

2.2.3 协议体系结构............................................................................................

2.3 无线传感器网络的特点.......................................................................................

2.4 无线传感器网络的应用.......................................................................................

2.5 NS-2介绍

2.6 NS-2在不同环境下的安装

3 总体设计 (14)

3.1 激光的检测 (14)

3.2 靶位的划分 (14)

3.3 编码标准 (15)

3.4 成绩的传送和处理 (15)

3.5 其他说明 (15)

4 硬件设计 (16)

4.1 信号放大电路 (16)

4.2 整形电路 (18)

4.3 编码电路 (19)

4.4 串行传送 (21)

4.5 电平转换 (23)

5 软件设计 (24)

5.1 总体方案 (24)

5.2 程序流图 (24)

5.3 模块说明 (25)

6 制作与调试 (28)

6.1 硬件电路的布线与焊接 (28)

6.2 调试 (28)

7 结论 (30)

致谢 (31)

参考文献 (32)

附录 (33)

1 引言

由于近年来传感器技术、嵌入式技术、分布式信息处理技术和无线通讯技术的发展，微型制造技术、通信技术及电池技术的改进，促使微小的传感器可具有感应、无线通信及处理信息的能力。此类传感器不仅能感应及监测环境，而且可处理收集到的数据．并将处理后的数据以无线的方式传送到基站。这些具有无线通信、数据采集和处理、协同合作等功能的无线传感器节点协同组织就构成了无线传感器网络。以大量的具有微处理能力的微型传感器节点组成的无线传感器网络(WSN)逐渐成为学术界的研究热点问题。美国商业周刊和MIT技术评论在预测未来技术发展的报告中，分别将无线传感器网络列为21世纪最有影响的技术和改变世界的技术之一。与传统无线通讯网络Ad Hoc网络相比，WSN的自组织性、动态性、可靠性和以数据为中心等特点，使其可以应用到人员无法到达的地方，比如战场，沙漠等。因此，可以断定未来的无线传感器网络将有更为广泛的前景。

无线传感器网络的应用前景十分广泛，能够实时地监测、感知和采集节点部署区的观察者感兴趣的感知对象的各种信息（如光强、温度、湿度、噪音和有害气体浓度等物理现象），并对这些信息进行处理后以无线的方式发送出去，通过无线网络最终发送给观察者。无线传感器网络在军事侦察、环境监测、医疗护理、智能家居、工业生产控制以及商业等领域有着广阔的应用前景。

网络仿真,就是运用仿真软件对通信网络进行模型化,通过程序的运行模仿通信网络的运过程。目前,已获得广泛应用的各种通用、专用的仿真软件覆盖了几乎所有硬件平台,其中多平台适用的NS(Network Simulator)仿真器是最常见的基于事件的网络仿真软件之一,它是美国DARPA 支持的项目VINT开发的通用多协议网络仿真软件,在设计思路上试图满足网络研究界在网络仿真方面的抽象、仿真、场景生成、可视化、可扩充性等多方面需求,能够应用于无线环境,支持纯无线局域网、有线无线混合网络等的仿真。该仿真器属于自由软件、提供源代码,可以为低成本的研究、实验提供一套良好的仿真工具。NS是在网上分开发布的,并且已被网络研究者广泛使用。NS仿真器是一个基于Unix/ linux平台的软件包,包括Tcl/ tk、NS、Otcl、Tclcl等。其中, Tcl是一个开放脚本语言,用来对NS进行编程; tk 是Tcl的图形界面开发工具,用于X环境的图形界面开发; Otcl是基于Tcl/ tk的面向对象扩展,有自己的类层次结构; NS是面向对象的仿真器,用C+ + 编写,以Otcl解释器作为前端; Tclcl则提供NS和Otcl的接口,使对象和变量出现在两种语言中。早期的NS就是对一个基本的Tcl解释器进行扩展,加入了网络仿真的一些命令而形成的。随着版本的更新,NS完全运用面向对象的软件设计思想,使用

OTcl和C+ +语言混合编程, 利用TclcL 机制, 通过两个C+ + 类即TclObject和TclClass将OTcl类和C+ +类关联起来,使得在C+ +中能直接调用OTcl解释器的功能,OTcl和C+ +能够互相直接操作对方定义的数据。

针对网络仿真, NS已经预先做了大量的模型化工作,它对网络系统中一些通用的实体已经进行了建模,如链路、队列、分组、节点等,并用对象来实现了这些实体的特性和功能,这就是NS的构件库,而且这些对象易于组合,易于扩展,用户可以充分利用这些已有的对象,进行少量的扩展,组合出新的具备研究的网络系统

的模型,然后进行仿真,这样就大大减轻了进行网络仿真的工作量,提高了效率。扩充nS的主要方法就是使用OTcl或C+ +语言,继承ns已实现的类,增添自己的功能,再与原有的源文件一起重新编译、运行。由于ns已实现的类丰富、可靠和易于重用性,使二次开发人员可以将精力集中于欲实现的新模块,大大提高了工作效率,而且基于NS这个广泛采用的框架,使每次开发的成果都可以为更多研究项目共享,有利于成果的积累。

2 概述

2.5 NS-2介绍

NS是一种针对网络技术的源代码公开的、免费的软件模拟平台，研究人员使用它可以很容易的进行网络技术的开发，而且发展到今天，它所包含的模块已经非常丰富，几乎涉及到了网络技术的所有方面。所以，NS成了目前学术界广泛使用的一种网络模拟软件。在每年国内外发表的有关网络技术的学术论文中，利用NS给出模拟结果的文章最多，通过这种方法得出的研究结果也是被学术界所普遍认可的，此外，NS也可作为一种辅助教学的工具，已被广泛应用在了网络技术的教学方面。因此，目前在学术界和教育界，有大量的人正在使用或试图使用NS。

1、NS2简介

NS2（Network Simulator, version 2）是一种面向对象的网络仿真器，由UC Berkeley开发而成。它本身有一个虚拟时钟，所有的仿真都由离散事件驱动的。目前NS2可以用于仿真各种不同的IP网，已经实现的一些仿真有：网络传输协议，比如TCP和UDP；业务源流量产生器，比如FTP，Telnet,Web CBR和VBR；路由队列管理机制，比如Droptail,RED和CBQ；路由算法，比如Dijkstra等。NS2也为进行局域网的仿真而实现了多播以及一些MAC 子层协议。NS2 使用C++和Otcl作为开发语言。 NS可以说是Otcl的脚本解释器，它包含仿真事件调度器、网络组件对象库以及网络构建模型库等。事件调度器计算仿真时间，并且激活事件队列中的当前事件，执行一些相关的事件，网络组件通过传递分组来相互通信，但这并不耗费仿真时间。所有需要花费的仿真时间来处理分组的网络组件都必须要使用事件调度器。它先为这个分组发出一个事件，然后等待这个事件被调度回来之后，才能做下一步的处理工作。事件调度器的另一个用处就是计时。NS是用Otcl 和C++编写的。由于效率的原因，NS将数据通道和控制通道的实现相分离。为了减少分组和事件的处理时间，事件调度器和数据通道上的基本网络组件对象都使用 C++写出并编译的，这些对象通过映射对Otcl解释器可见。

当仿真完成以后，NS将会产生一个或多个基于文本的跟踪文件。只要在Tcl脚本中加入一些简单的语句，这些文件中就会包含详细的跟踪信息。这些数据可以用于下一步的分析处理，也可以使用NAM将整个仿真过程展示出来。

2、使用NS进行网络仿真的方法和一般过程

进行网络仿真前，首先分析仿真涉及哪个层次，NS仿真分两个层次：一个是基于OTcl编程的层次。利用NS已有的网络元素实现仿真，无需修改NS本身，只需编写OTcl脚本。另一个是基于C++和OTcl编程的层次。如果NS中没有所需的

网络元素，则需要对NS进行扩展，添加所需网络元素，即添加新的C++和OTcl类，编写新的OTcl脚本。整个仿真的过程简图如图2所示：

假设用户已经完成了对NS的扩展，或者NS所包含的构件已经满足了要求，那么进行一次仿真的步骤大致如下：

（1）开始编写OTcl脚本。首先配置模拟网络拓扑结构，此时可以确定链路的基本特性，如延迟、带宽和丢失策略等。

（2）建立协议代理，包括端设备的协议邦定和通信业务量模型的建立。（3）配置业务量模型的参数，从而确定网络上的业务量分布。

（4）设置Trace对象。NS通过Trace文件来保存整个模拟过程。仿真完后，用户可以对Trace文件进行分析研究。

（5）编写其他的辅助过程，设定模拟结束时间，至此OTcl脚本编写完成。（6）用NS解释执行刚才编写的OTcl脚本。

（7）对Trace文件进行分析，得出有用的数据。

（8）调整配置拓扑结构和业务量模型，重新进行上述模拟过程。

NS2采用两级体系结构，为了提高代码的执行效率，NS2 将数据操作与控制部分的实现相分离，事件调度器和大部分基本的网络组件对象后台使用C++实现和编译，称为编译层，主要功能是实现对数据包的处理；NS2的前端是一个OTcl 解释器，称为解释层，主要功能是对模拟环境的配置、建立。从用户角度看，NS2 是一个具有仿真事件驱动、网络构件对象库和网络配置模块库的OTcl脚本解释器。NS2中编译类对象通过OTcl连接建立了与之对应的解释类对象，这样用户间能够方便地对C++对象的函数进行修改与配置，充分体现了仿真器的一致性和灵活性。

2、NS2的功能模块

NS2仿真器封装了许多功能模块，最基本的是节点、链路、代理、数据包格式等等，下面分别来介绍一下各个模块。

⑴事件调度器：目前NS2提供了四种具有不同数据结构的调度器，分别是链表、堆、日历表和实时调度器。

（2）节点（node）:是由TclObject对象组成的复合组件，在NS2中可以表示端节点和路由器。

（3）链路（link）:由多个组件复合而成，用来连接网络节点。所有的链路都是以队列的形式来管理分组的到达、离开和丢弃。

（4）理（agent）:负责网络层分组的产生和接收，也可以用在各个层次的协议实现中。每个agent连接到一个网络节点上，由该节点给它分配一个端口号。

（5）（packet）:由头部和数据两部分组成。一般情况下，packet只有头部、没有数据部分。

3、NS2的软件构成

NS2包含Tcl/Tk,OTcl,NS，Tclcl。其中Tcl是一个开放脚本语言，用来对NS2进行编程；Tk是Tcl的图形界面开发工具，可帮助用户在图形环境下开发图形界面；OTcl是基于Tcl/Tk的面向对象扩展，有自己的类层次结构；NS2为本软件包的核心，是面向对象的仿真器，用C++编写，以OTcl解释器作为前端；Tclcl 则提供NSh和OTcl的接口，使对象和变量出现在两种语言中。为了直观的观察和分析仿真结果，NS2 提供了可选的Xgraphy、可选件Nam。

4、NS现有的仿真元素

从网络拓扑仿真、协议仿真和通信量仿真等方面介绍NS的相应元素：

⑴网络拓扑主要包括节点、链路。NS的节点由一系列的分类器（Classifier，如地址分类器等）组成，而链路由一系列的连接器（Connector）组成。

⑵在节点上，配置不同的代理可以实现相应的协议或其它模型仿真。如NS的TCP 代理，发送代理有：TCP，TCP/Reno，TCP/Vegas，TCP/Sack1，TCP/FACK，TCP/FULLTCP 等，接收代理有：TCPSINK，TCPSINK/DELACK。TCPSINK/SACK1，

TCPSINK/SACK1/DELACK等。此外，还提供有UDP代理及接收代理Null（负责通信量接收）、Loss Monitor（通信量接收并维护一些接收数据的统计）。

⑶网络的路由配置通过对节点附加路由协议而实现。NS中有三种单播路由策略：静态、会话、动态。

⑷在链路上，可以配置带宽、时延和丢弃模型。NS支持：Drop-tail(FIFO)队列、RED缓冲管、CBO（包括优先权和Round-robin 调度）。各种公平队列包括：FQ，SFQ，DRR等。

⑸通信量仿真方面，NS提供了许多通信应用，如FTP，它产生较大的峰值数据传输；Telnet则根据相应文件随机选取传输数据的大小。此外，NS提供了四种类型的通信量产生器：①EXPOO，根据指数分布（On/Off）产生通信量，在On阶段分组以固定速率发送，Off阶段不发送分组，On/Off的分布符合指数分布，分组尺寸固定；②POO，根据Pareto分布（On/Off）产生通信量，它能用来产生长范围相关的急剧通信量；③CBR，以确定的速率产生通信量，分组尺寸固定，可在分组间隔之间产生随机抖动；④Traffic Trace，根据追踪文件产生通信量。

2.6 NS-2在不同环境下的安装

NS2的安装方式有：Windows下安装NS2，但需要VC环境，而且要手工安装每一个包，比较繁琐，不常使用；allinone安装，也就是 all in one，把所有的包都放到了一起，只要执行install就可以一步到底，需要Linux环境，这种方式比较常用，主要有3种方法。

① RedHat下的allinone安装

最早使用NS2时是这种方式，安装和使用时比较麻烦，Linux 下操作界面的友好程度远不如Windows 的好，但是仿真的运行效率很高。Linux 系统提供的gcc 编译器也很方便使用，这种方式比较适合于C++层的功能扩展。

② 虚拟机下的allinone 安装通过虚拟机安装Linux 环境，通常是VMware 和Virtual PC 这两款。装完虚拟机后，在上面安装一个Linux 的操作系统，再利用第一种方法安装NS2。这种方法的最大特点是非常占系统资源，尤其是内存资源，如果系统配置不高，不建议使用这个方法。

③ Windows+Cygwin+allinone 安装

RedHat 下的allinone 安装需要专门安装操作系统，Cygwin 是一种虚拟平台，在Windows 上虚拟Linux 环境，可以为用户提供一种Linux 命令行界面，这对于使用NS2来说已经足够了。安装完成Cygwin 后，可以直接安装allinone 版本。这种方式结合了Window 的友好操作界面（很多操作不需要在虚拟系统上操作，在Windows 下就可以直接完成）和Linux 的gcc 环境，但执行效率比较低。

2.1 激光打靶系统概述

激光打靶系统[1-3]的工作原理是采用激光脉冲来模拟枪弹的射击，该系统一般包括激光发射部分、激光信号检测模块、打靶成绩处理和显示部分。如图2-1所示，当射手瞄准完毕扣动扳机时，半导体激光器会发出激光脉冲，射向目标上的光电探测器，如果击中目标，则激光脉冲被光电探测器接收并转换为电信号，经电路处理能识别射击的弹着点，信号经处理编码后传输到计算机。

图2-1 激光打靶系统原理图

半导体激光器[4,5]一般平行地安装在武器装备的枪管、炮管或导弹发射架上，它可以发射一束与武器射击方向一致的激光脉冲。目前的激光器一般都采用半导体激光器，因为这种激光器的输出功率低，不会伤害眼睛，而且效率高、功耗小，不但可以摆脱大而重的电源设备，激光器本身也可以制作得很小、很轻。光电探测器[6]具有射击靶的形状，可以是点探测器和面探测器，通常数量较多，构成多个信号检测通路。根据光电探测器的响应位置来判断激光射击击中的靶位。

激光打靶采用以光代弹的形式进行射击训练，是激光武器模拟器中最常见的一种。最初的激光打靶系统只能进行瞄准射击训练，随着计算机和微处理器技术的发展，其用途扩大到可进行多种武器的模拟训练。随着研究和探索的深入，激光打靶系统的功能将进一步完善，能够更接近于武器装备在实际使用中的表现，计算机处理

信号处理电路 半导体激光器 激光枪扳机 光电探测器

增强真实感。同时，通过与电子技术相结合，进一步提高激光模拟的自动化、智能化水平。

激光武器模拟器有以下几个方面的发展趋势：

（1）可以模拟的武器越来越多，激光武器模拟器正朝着系列化、组件化的方向发展，一个基本的激光射击模拟器只要稍加改动就可适用于其他武器系统。系列化、组件化的好处是便于使用、更换和维修，同时价格也便宜。

（2）从激光射击模拟器向激光交战模拟器发展，先进的激光交战模拟器能使坦克、战斗车辆、反坦克武器等有机的结合在一起进行训练，每部兵器既是攻击者，又是被攻击者，完全模仿实战中的作战环境，不仅能提高战士使用武器的技能，还可以教会他们如何在战争中保护自己。

（3）采用各种新技术增加模拟的逼真性，例如用计算机来记录、控制整个训练演习的进程，评定战士在演习中的表现等。

2.2 本设计方案思路

本设计以实现信号的良好检测和数据转换、传输为主要目的；以信号检测，信号编码和数据传输为主要设计内容。

在信号检测方面设计单脉冲小信号的放大电路和信号整形电路；在信号编码方面，要解决多路信号的编码问题，还要考虑到编码的优先选择问题；在脱靶问题的处理方法上，对打靶和信号采集传送进行同步化处理（详见第二章的硬件设计部分），把脱靶的情况与中靶的情况归为一类处理；数据传输采用UART串口通信。

2.3 研发方向和技术关键

（1）合理划分激光靶的光电探测器，提高系统的精度；

（2）单脉冲小信号的放大和整形；

（3）多路优先编码器的扩展；

（4）与微机进行数据传输，方便成绩的统计、保存、显示和查询。

2.4 主要技术指标

（1）激光脉宽：大于1ms

（2）激光脉冲响应幅度：约10 mv

（3）打靶距离： 30米

（4）串行输出帧格式：射击次数＋所击中的光电探测器的编号

3 总体设计

激光打靶系统是一种集光、电于一体的系统，其工作原理是激光枪发出的激光束，打到光电传感器上，经光电传感器将光信号转换为电信号，电信号经过信号处理后由单片机发送到计算机的串行口，然后在计算机上完成成绩显示、查询和保存等功能。

激光打靶系统结构的组成框图如图3-1所示。该系统包括半导体激光枪、模块式探测器、数字信号处理和发送电路、计算机数据处理程序等四部分。

图3-1 系统总体结构框图

3.1 激光的检测[7,8]

每次打靶，激光枪发出一个激光脉冲。如果激光脉冲击中光电靶，利用光生伏特效应，光电靶上的探测器把光信号转换成电信号，因此激光的检测就是对探测器响应电信号的检测。光电探测器的响应是一个单脉冲小信号，整个检测过程包括：信号放大、波形整形，检测输出是标准的脉冲数字信号。

3.2 靶位的划分

把一个激光靶划分为38块探测器，中心10环为一块探测器；9.8.7.6环分别有8块探测器；5环有5块探测器。根据不同靶位上的探测器来判断所击中的位置，包括环数：10.9.8.7.6.5；偏离方向：上.下.左.右.左上.左下.右上.右下。

若信号击中两块或四块探测器的交界，则只取其中一块为有效，记为有效的探测器满足以下条件：

（1）环数高；

（2）偏离方向为斜向（例如：上和右上两方向，选择右上）。

根据上述要求，以及硬件电路设计的需要，对不同的探测器进行编码，见图3-2（右）。

激光枪 探测器 模 块 放 大 电 路 滤 波 电 路 整 形 电 路 优 先 编 码 电 路 串 行 收 发 模 块 电 平 转 换 计算机

串口

图3-2 靶位划分与编号

3.3 编码标准

对38路信号按以上原则编码，编码结果如表3-1。若脱靶无信号则记为0号。编码后，每一个号码对应了每一个探测器的位置信息，包括环数和偏移方向。对信号击中两块或四块探测器的交界的情况,只需取码号大的探测器为有效。这样，打靶的结果在硬件电路上的实现便可由40－6线优先编码器完成。

表3-1 靶位编码

上右上右右下下左下左左上10环38

9环33 37 32 36 31 35 30 34 8环25 29 24 28 23 27 22 26 7环17 21 16 20 15 19 14 18 6环9 13 8 12 7 11 6 10 5环 3 － 2 5 － 4 1 －3.4 成绩的传送和处理

信号经编码后发送到计算机，由计算机进行译码，在计算机上模拟显示出射击位置，对一组结果进行统计（包括环数和方向偏移），并进行储存。

3.5 其他说明

系统分为硬件部分和软件部分。本论文主要设计制作硬件部分以及与微机的通讯的2051单片机程序。微机软件部分，包括数据的处理和显示等有另外一名毕业设计同学实现。

4 硬件设计

4.1 信号放大电路

在光电探测系统中，探测器输出的电信号非常微弱，一般为毫伏级。为记录每一次打靶的结果，信号放大与处理电路是打靶系统中不可或缺的。在探测器上直接进行信号处理十分困难，一种常用的解决办法是在探测器后接前置放大器，用来放大探测器的输出信号，然后成功地传输到信号处理系统的有关电路部分。前置放大器的设计要求是低噪声，高增益，低输出阻抗，大的动态范围，和较好的抗噪声能力。

在激光打靶系统中，对光电池产生的脉冲信号的具体大小值要求不高，只需检测出有效的脉冲信号，因此可选用集成运放来组成运算放大电路。

通过测试，得到光电探测器对的激光脉冲的响应幅度典型值约为5mv ，若激光击中在两块或多块探测器边界处，则任何一块光电探测器的响应幅度会减少，因此所检测的脉冲幅度范围大约是3～5mv 。为使每块光电探测器均能检测出信号，使之达到TTL 电平要求，实现信号检测，必须对信号放大约1000倍。单级运放难以达到这么高的放大倍数，因此采用二级运放进行放大，第一级为前置放大器。为减少前级放大器的偏移对后级放大器的影响，设计其放大倍数1001=A ；从而次级放大器的放大倍数102=A 。

4.1.1 集成运算放大器（LM324）

集成运算放大器是实现高增益放大功能的一种集成器件[9]，早期主要用来实现对模拟量进行数学运算的功能，目前随着器件性能的改进，它已成为通用的增益器件，应用范围非常广泛。

从电特性来看，集成运放接近理想的电压放大器件，它不仅有很大的输入电阻和很小的输出电阻，而且还有很高的电压增益，此外，静态工作时，它的输入和输出电位均为零，这样，在与其它集成运放连接时，就不需要考虑它们之间的电平配置问题。

LM324 是四通道的低功耗运算放大器，它的内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立，其性能参数有以下几个方面：

（1）单电源工作方式，工作电平3V ～ 30V

（2）低消耗电流：约0.8 mA

（3）低输入偏移：输入电压偏移：3 mv （Typ ）；输入电流偏移：2 nA （Typ ）

（4）开环增益：100V/mv ＝ 100 dB （Typ ）

（5）宽响应频带

图4-1 LM324内部结构

4.1.2 放大电路图

图4-2 运算放大器电路图

放大器电路如图4-2所示。它由两级结构相同的同相放大器组成，集成放大器选用LM324（图4-1）。信号经隔直流电容C1从第一级放大器的正端“＋”输入，经过放大后输出，再经过级间耦合电容C2输入第二级放大器的正端。前级的放大倍数100121==R R A ，后级的放大倍数10562==R R A ，3R 和7R 为输入匹配电阻。

4.1.3 电路原理

（1）同相放大器[10]（图4-3）

集成运放是一种十分理想的增益器件，性能好，使用方便。该电路采用2级放大器级联，每级的放大器均采用同相放大。

由集成运放构成的同相放大器，其特点是输入信号加在同相输入端，而反馈信号加在反相端。根据理想化条件，由于s v v =+，因而s v v ≈-。根据0→i （虚断），-v 又是0v 在1R 上的分压值，即:

f

o

R R R v v +=-11 (4-1) 因而，放大器的增益： 1

111R R R R R v v A f f S o Vf +=+== (4-2) 0>Vf A ，所以 o v 与S v 同相。

图4-3 同相放大器 （2）外围电路

光电传感器对外部光线也有响应，因此必须滤除这种干扰。由于背景光线是持续信号，其响应主要是直流量，在第一级放大器输入端的前面设计接入一个1uf 电容C1起到隔离直流作用，能起到很好的效果。第二级的1uf 电容C2用于两级放大器的耦合。

第一级放大器输入端和地之间接R3；第二级放大器输入端和地之间接R7。使得:

???≈≈6

57213////R R R R R R (4-3) 这样，运放的正、负输入端对地的等效电阻相等，从而降低运放的电压偏移。

4.1.4 电路参数

（1） 输入脉冲幅度： mv U i 5~3≈

（2） 输入电阻： Ω≈k R i 10

（3） 输出电阻： Ω≈k R o 1

（4） 放大倍数： 10001001021=?≈?=A A A

（5） 放大器级数： 两级，前级1001≈A ；后级102≈A

（6） 耦合方法： 电容耦合

4.2 整形电路[11]

光电池的输出脉冲并不是规则的矩形脉冲信号，而是类似升余弦信号。再经放大后也会产生失真，因此必须对信号进行整形。采用常用的CD4093 施密特触发器便可实现整形功能，改善脉冲波形，确保后续编码器的正常编码。

施密特触发器不仅可以进行波形整形，它的迟滞特性还可以有效地克服噪声

和干扰的影响，只要噪声和干扰的大小处在迟滞宽度内，就不会有错误的输出。施密特触发器属于电平触发，对于缓慢变化的信号仍然适用，当输入信号达到阈值电压时，电路状态发生转换，通过电路内部的正反馈过程使得输出电压的波形的边沿变得很陡峭。利用施密特触发器可以实现有效脉冲的识别见图4-5。

图4-4 施密特触发器的电压传输特性（a）同相输出；（b）反相输出

图4-5 利用施密特触发器实现有效脉冲的识别

4.3 编码电路[11]

对于38路信号通道，必须对其进行编码以便于信号识别和传输。38路信号按照设计方案编码为1－38号，脱靶无信号记为0号。对多个探测器同时接收到信号的情况，对应于探测器的码号就是取码号大的探测器为有效，采用优先编码器便可实现编码的优先选择。

商用的单个优先编码器的编码输入最多只有8路，要构成更多路的优先编码器，可以采用6片8－3优先编码器进行扩展为40－6优先编码器。

4.3.1 编码电路图

智能家居系统中无线传感器网络的设计

智能家居系统中无线传感器网络的设计 智能家居系统中无线传感器网络的设计 随着时代的发展，人们将更多的注意力放在了生活环境的安全性、舒适性和便利性上，从而 出现了智能家居的概念。智能家居控制系统使人们可以对家居内的任意电器进行数字化控制，利用计算机技术、网络通讯技术将与家居生活有关的各种设备有机地结合在一起，进行集中管理，让家居生活更加舒适、安全、有效。本文以ZigBee技术对智能家居内部进行无线网络组网，通 过ZigBee无线传感器网络节点的设计，实现节点对各种传感器信息的采集、传输和控制功能。1Zigbee技术ZigBee技术是一种强调极低耗电、极低成本的短距离无线网络技术，遵循IEEE802．15.4标准。它专注于低速率传输控制，网络容量大，时延短，提供数据完整性检查， 加密算法采用AES-128，网络扩充性强，有效覆盖范围为10～75m，具体依据实际发射功率的大小和各种不同的应用模式而定，基本上能够覆盖普通的家庭环境，通信频率采用2．4GHz 免执照频段。ZigBee是一组基于IEEE802．15．4无线标准研制开发的，有关组网、安全和应用软件方面的技术标准。IEEE802.15.4仅定义了MAC层和物理层协议，而ZigBee联盟则对其网络层和应用层进行了标准化。ZigBee联盟还开发了安全层，以保证这种便携设备不会意外泄漏其标识，而且这种利用网络的远距离传输不会被其他节点获得。2系统结构设计无线传感器网络系统主要由传感器、CC2430无线模块构成，结构图。 无线传感器网络采用树状结构，网络中有一个协调器，负责整个网络中数据的处理、转发以及网络的管理。终端节点(传感器节点)上电复位后，会搜索协调器节点，当能够搜索到协调器时，直接申请加入网络。当终端节点搜索不到协调器时，这时就会通过路由器节点找到协调器来加入网络。加入网络后保持待机状态，当有数据需要发送时，按照组网时的路径来收发数据信息。协调器通过串口与PC机相连，利用超级终端实现发送命令或者显示数据。3硬件电路设计本文设计的无线传感器网络系统的硬件结构主要由协调器模块，路由器模块，传感器模块，串口转换模块，供电模块以及PC机等组成。其中协调器、路由器、传感器3个模块作为主要的无线通信模块，由主控芯片CC2430作为数据处理以及无线收发器。其系统硬件电路结构示意图。3．1主控芯片选用CC2430芯片作为无线收发器和数据处理及控制器。CC2430在单个芯片上整合了ZigBee射频前端、内存和微控制器。它采用增强型8051MCU、32／64／128kB 闪存、8kBSRAM等高性能模块，还包含模拟数字转换器、几个定时器、AES-128协同处理器、看门狗定时器。32kHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路、掉电检测电路以及21个可编程I／O引脚。3．2无线模块设计1)协调器模块协调器节点由电压转换模块、按键模块、LCD模块、LED指示灯、时钟、处理器CC2430、天线等部分组成。CC2430的工作电压为3～3．3V，所以要用电压转换模块把电压从5V降低到3．3V左右；LED指示灯用来显示协调器节点网络状态信息(如是否组网成功)；LCD模块是用户和传感器网络的交互界面，用来显示功最长能菜单，用户通过按键来选择功能菜单。其电路图。 2)传感器模块与路由器模块传感器模块亦即是终端节点模块，由传感器、处理器CC2430、天线、LED指示灯、时钟等部分组成。LED指示灯由P1．0、P1．1口控制。传感器模块就是在协调器模块的基础上去掉了LCD，而加入了传感器。传感器选用了DHT11温湿度传感器，与P0．0口相连，来负责数据采集。路由器模块与传感器模块的硬件电路相同，只是在编程实现功能上有所不同。4无线网络系统软件设计在ZigBee网络中，只有那些可以成为ZigBee协调器的设备才能建立新网络。协调器首先执行信道扫描，如果发现了一个合适的

中小型企业网络规划设计方案

湖南工业职业技术学院 工程项目实践报告 项目名称：企业网络规划与设计 院(系)：信息工程系 专业：计算机网络 班级：s2011-2-22 学生姓名：朱佳才 指导教师：黄晗文 完成时间：2014.3.23

目录 No table of contents entries found. 一．工程概况 公司有一栋独立大楼，高4层，每层面积2000平方米。由研发技术部（成员60人，分成硬件（25）和软件（35）2大部门）、生产部（主要产品是手持电子产品，110人，管理人员10人）和市场部（30个销售，10个工程师）组成。还有一般企业都有的后勤部门和财务部门等。公司管理层组成：董事会，1个总经理，3个副总经理。3个总监。

二．需求分析 1. 用户需求 公司网络需求主要有以下几点： (1).1层为市场部和后勤部； 2层为生产部； 3层为研发技术部； 4层为公司内部管理人员办公室和财务部。 (2). 各部门都有各自独立的文件服务器，且文件服务器通常不允许跨部门访问。.但管理层办公室可以访问四个部门的文件服务器。 (3). 公司内部的计算机间采用公司内部的电子邮件系统和IM（即时通讯）系统联系。 (4). 公司内部网络与Interner之间采用10M光纤接入。 (5). 公司内部架设Web服务器，对Internet提供公司的形象和电子商务服务。 (6). 财务部可以访问财务数据服务器，其他部门不能访问财务数据服务器。 (7). 为保证安全，Internet与公司内部网络间应该采用防护措施，防止外界对内部网络未经授权的访问。 (8). 具体要求： WWW服务

E-mail、FTP服务 集团内行政管理 拨号上网服务 文件服务管理系统 数据库服务 防火墙系统 邮件服务 视频会议系统 2.稳定可靠需求 现代企业的网络应具有更全面的可靠性设计，以实现网络通信的实时畅通，保障企业生产运营的正常进行。随着企业各种业务应用逐渐转移到计算机网络上来，网络通信的无中断运行已经成为保证企业正常生产运营的关键。现代大型企业网络在可靠性设计方面主要应从以下3个方面考虑。 （1）、设备的可靠性设计：不仅要考察网络设备是否实现了关键部件的冗余备份，还要从网络设备整体设计架构、处理引擎种类等多方面去考察。 （2）、业务的可靠性设计：网络设备在故障倒换过程中，是否对业务的正常运行有影响。 （3）、链路的可靠性设计：以太网的链路安全来自于多路径选择，所以在企业网络建设时，要考虑网络设备是否能够提供有效的链路自愈手段，以及快速重路由协议的支持。

基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现

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

Abstract Wireless 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

传感器电路设计毕业论文范文

毕业设计 设计题目：传感器电路设计

目录 1. 引言 1 2. 溶解氧传感器简介 1 3.信号输入部分电路 4 3.1 电源滤波电路图 4 3.2 信号放大电路 5 3.2.1信号放大电路图 5 3.3 AD623放大器简介 6 3.3.1AD623放大器的特点 6 3.3.2AD623放大器的工作原理 6 4 单片机电路7 4.1 单片机电源电路图8 4.2 89LPC925芯片简介8 4.2.1 P89PLC925芯片主要功能8 4.2.2 P89PLC925的低功耗选择11 4.2.3 P89PLC925的极限参数11 4.2.4 P89PLC925芯片管脚图11 5.MiniICP下载线的电路连接13 6.PCB板的绘制13 7.程序流程14 8. 总结16 参考文献16

传感器电路设计 摘要：溶解氧数字化传感器是应用单片机控制的智能化传感器，它可以对液体中溶解氧 的含量进行准确的测量。本设计从总体上介绍了溶解氧数字化传感器的工作原理，着重介 绍了电路元器件的选取以及输入信号的放大和P89LPC925芯片的工作原理，利用P89LPC925 芯片实现对溶解氧浓度的准确测量。 关键词：溶解氧传感器；P89LPC925;AD623 The design of the dissolved oxygen sensor (College of Physics and Electronic Engineering, Electrical Engineering and Its Automation, Class2 Grade2003, 0323110235) Abstract:Dissolved oxygen digital sensor is a king of intelligent sensor which use single-chip computer to control, it could measure the oxygen dissolved in liquid accurately. This design introduces the work principle of dissolved oxygen digital sensor, it introduces the selection of the circuit components and amplification of input signals and the work principle of P89LPC925 chip, P89LPC925 chip using the dissolved oxygen concentration on the measurement accuracy. Key Words: dissolved oxygen sensor; P89LPC925; AD623 1 引言 氧是维持人类生命活动必不可少的物质，它与人类的生存息息相关。氧也是与化学、生化反应、物理现象最密切的一种化学元素，无论是在工业、农业、能源、交通、医疗、生态环境等各个方面都有重要作用。特别是在水产养殖中，水体溶解氧对水中生物如鱼类的生存有着至关重要的影响。缺溶氧（溶解氧低于4mg/L）时将导致水生物窒息死亡；低溶氧导致水生物生长缓慢,增重率低而饵料系数高，对疾病的抵抗能力发病率高,生物的生长受到限制；高溶氧时某些鱼类幼体可能会出现气泡病。因此溶解氧浓度的精确测量显得尤为重要。 2 溶解氧传感器简介 溶解氧是溶解在水中的分子态氧，该定义是可查资料[1]-[4]，随着科技和经济的发展，溶解氧测量已从水介质延伸到了非水液体介质，如丙酮、苯、氯苯、环乙烷、甲醇、正辛烷。分布方式有水平分布和垂直分布两种.溶解氧的一个来源是水中溶解氧未饱和时，大气中的氧气向水体渗入；另一个来源是水中植物通过光合作用释放出的氧。溶解氧随着温度、气压、盐分的变化而变化，一般说来，温度越高，溶解的盐分越大，水中的溶解氧越低；气压越高，水中的溶解氧越高。

无线传感器网络技术与应用现状的研究毕业论文 精品

1 绪论 1.1 课题背景和研究意义 无线传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术等多种先进技术。其主体是集成化微型传感器，这些微型传感器具有无线通信、数据采集和处理、协同合作的功能。无线传感器网络就是由成千上万的传感器节点通过自组织方式构成的网络，它通过这些传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将所感知信息传送到用户终端，使用户完全掌握监测区域的情况并做出反应[1]。 无线传感器网络的自组织性和容错能力使其不会因为某些节点在恶意攻击中的损坏而导致整个系统的崩溃，所以传感器网络非常适合应用于恶劣的战场环境，包括监控我军兵力、装备和物资状态；监视冲突区域，侦察敌方地形和布防，定位攻击目标；评估损失，侦察和探测核、生物及化学攻击等。在战场上，铺设的传感器将采集相应的信息，并通过汇聚节点将数据送至数据处理中心，再转发到指挥部，最后融合来自各战场的数据，形成我军完备的战区态势图。也可以更隐蔽的方式近距离地观察敌方的布防，或直接将传感器节点撒向敌方阵地，在敌方还未来得及反应时迅速收集有利于作战的信息。在生物和化学战中，利用传感器网络，可及时、准确地探测爆炸中心，这会为我军提供宝贵的反应时间，从而最大可能地减小伤亡。 无线传感器网络是继因特网之后，将对21世纪人类生活方式产生重大影响的IT 热点技术。如果说因特网改变了人与人之间交流、沟通的方式，那么无线传感器网络则将逻辑上的信息世界与真实物理世界融合在一起，将改变人与自然交互的方式[2][3]。无线传感器网络是新兴的下一代传感器网络，最早的代表性论述出现在1999年，题为“传感器走向无线时代”。随后在美国的移动计算和网络国际会议上，提出了无线传感器网络是下一个世纪面临的发展机遇。2003年，美国《技术评论》杂志论述未来新兴十大技术时，无线传感器网络被列为第一项未来新兴技术。同年，美国《商业周刊》又在其“未来技术专版”中发表文章指出，传感器网络是全球未来四大高技术产业之一，将掀起新的的产业浪潮。美国《今日防务》杂志更认为无线传感器网络的应用和发展，将引起一场划时代的军事技术革命和未来战争的变

无线传感器网络系统的设计思路

无线传感器网络系统的设计思路 一、无线传感器网络技术应用广泛，百花齐放 无线传感器和传感器网络，是具有非常广泛的市场前景，将会给人类的生活和生产的各个领域带来深远影响的新技术。美国的《技术评论》杂志在论述未来新兴十大技术时，更是将无线传感器网络列为第一项未来新兴技术，《商业周刊》预测的未来四大新技术中，无线传感器网络也列入其中。 无线传感器网络有着十分广泛的应用前景，在工业、农业、军事、环境、医疗，数字家庭，绿色节能，智慧交通等传统和新兴领域有具有巨大的运用价值，无线传感器网络将无处不在，将完全融入我们的生活。图一是无线传感器应用示意。 由于无线传感器和无线传感器网络巨大的市场和应用前景，所以目前全世界许多公司都推出了各自的无线传感器网络。这些技术百花齐放，各有千秋，但是这些技术之间，几乎不能相互兼容和互通。 目前正在开发中的各种无线传感器技术，从这个图我们可以看到，不同的无线传感器网络，最终都是希望实现和互联网的通讯，这可能是这些传感器网络最终交汇的通道。 二、如何选择合适的无线传感器技术 无线传感器网络系统的基本架构包括三部分，第一部分是无线收发芯片，其职责是将数字信息转换为高频无线信号传送出去和将接收到的高频无线信号恢复成数字信息。无线传感器收发芯片而言，IEEE 802.15.4能为无线传感器应用提供最佳方案，这是因为IEEE 802.15.4规范可能是主要且可能唯一的实用标准。目前全球有多家公司提供这方面的收发芯片。像TI 公司的CC2420/CC2520等芯片都特别适用于钮扣电池和低电能应用的低功耗特性。 实现一个典型的无线传感器网络节点和路由器，可以采用多芯片方案，，由一个无线收发芯片和一个微控制器(单片机)组成，微处理器可以采用低功耗的MSP430，无线芯片可以采用CC2520/CC2420等。 随着技术不断发展，已经有越来越多的公司，将无线收发器芯片和微控制器和无线收发器做成了一个片上系统(SoC)，例如TI公司采用8051内核的CC2430/CC2431等ZigBee无线单片机，随着无线传感器网络对计算能力提高要求，最近Freescale公司也推出了ARM内核的32位ZigBee无线单片机。使用这些SoC无线单片机设计无线传感器网络，将使无线传感器节点具有更小的体积，更低的功耗和更低的价格；TI公司在国内的技术合作伙伴无线龙科技公司等，也同时提供这些芯片，开发工具的相关技术支持。 无线传感器网络构架第二部分是运行于单片机或者无线单片机内部的嵌入式软件，也称软件协议栈(network stack)，网络堆栈有两个职责。首先它必须要处理节点间的无线链接通信质量的频繁变化和环境因数对无线通讯造成的干扰，具有对网络自组织，自恢复的能力；网络堆栈的第二个职能是要具有很强的路由算法能力，确保信息可靠高效地通过各种网络拓扑(星状/网状等等)从源节点(如果现有，可以通过成百上千路由节点)发送到目标节点。确保通讯的实时性要求。 ZigBee联盟是由众多技术供应商和开发商组成的独立标准组织。也是目前世界是最大的，基于IEEE 802.15.4平台的网络软件协议栈标准提供联盟。 该组织从ZigBee2004、ZigBee2006、ZigBee2007不断发展，目前提供的两个网络栈是：ZigBee和ZigBee PRO。从使用角度看ZigBee堆栈很适合一般包含十到几百个节点的小型网络。而ZigBee PRO是ZigBee超集，它增加了一些功能，可对网络进行扩展并更好地应对来自其他技术的无线干扰，而且可以适应更大型的网络和具有更加可靠的路由通讯算法和无线通讯可靠性。 无线传感器网络构架第三部分应用软件，这部分包括各种根据用户现有开发的软件代码，

中小型园区网的设计与实现-毕业论文-终稿

目录 第一章企业网建设综述 (4) 1.1 项目建设目标 (4) 1.2 项目建设原则 (4) 1.3 基本建设描述 (5) 第二章需求分析 (5) 2.1 企业背景 (5) 2.2 网络规划 (6) 2.3 计算机网络综合布线 (7) 2.4 网络拓扑结构 (7) 2.4.1网络拓扑结构示意图 (7) 2.4.2网络中心组建 (8) 2.4.3生产车间网络组建 (9) 2.4.4企业各部门IP分配表 (9) 第三章网络设备的配置和管理 (11) 3.1 划分子网 (12) 3.2 划分VLAN的方法 (13) 3.2.1什么是VLAN (13)

3.2.2 VLAN划分的几点好处 (14) 3.2.3设置VLAN的常用方法 (14) 3.3 端口配置及划分VLAN (15) 3.3.1汇聚层交换机FLOOR1_HJ连接及配置说明 (15) 3.3.2汇聚层交换机FLOOR2_HJ连接及配置说明 (17) 3.3.3汇聚层交换机FLOOR3_HJ连接及配置说明 (19) 3.3.4汇聚层交换机FLOOR4_HJ连接及配置说明 (21) 3.3.5汇聚层交换机FLOOR5_HJ连接及配置说明 (22) 3.3.6核心层交换机CORE连接及配置说明 (24) 3.5 配置静态路由 (25) 3.6 连接广域网 (27) 3.7 网络安全控制及管理 (30) 第四章企业网组建方案总结 (30) 参考文献 (32)

中小型园区网的设计与实现 前言 计算机网络特别是INTERNET的产生和发展在现代科技技术史上具有划时代的意义和影响，计算机网络的飞速发展日新月异，计算机网络彻底改变了人们的工作方式和生活方式，改变了企事业单位的运营和管理模式。 在现今的网络建设中，中小型园区网的建设是非常重要和普遍的，如：校园网和企业网。园区网经历了从早期简单的数据共享到现在园区网内部全方位、高速度、多种类应用的共享及服务的转变。下面就以某企业的实际情况，设计一个可以正常运行的园区网，并对建成的网络进行优化，采用多种手段对网络进行优化是网络组建成果的重要组成部分，缺少优化的网络就算硬件配置在高，还是不能把网络资源充分利用。安全和稳定的运行是企业网追求的终极目标。 第一章企业网建设综述 1.1 项目建设目标 建设分层的交换式以太网络，对建成企业网络进行优化，使其得到充分的利用。

(中文)基于无线传感器网络桥梁安全监测系统

基于无线传感器网络的桥梁安全检测系统 摘要 根据桥梁监测无线传感器网络技术的桥梁安全监测系统，以实现方案的安全参数的需要；对整个系统的结构和工作原理的节点集、分簇和关键技术，虽然近年来在无线传感器网络中，已经证明了其潜在的提供连续结构响应数据进行定量评估结构健康，许多重要的问题，包括网络寿命可靠性和稳定性、损伤检测技术，例如拥塞控制进行了讨论。 关键词：桥梁安全监测；无线传感器网络的总体结构；关键技术 1 阻断 随着交通运输业的不断发展，桥梁安全问题受到越来越多人的关注。对于桥梁的建设与运行规律，而特设的桥梁检测的工作情况，起到一定作用，但是一座桥的信息通常是一个孤立的片面性，这是由于主观和客观因素，一些桥梁安全参数复杂多变[1]。某些问题使用传统的监测方法难以发现桥梁存在的安全风险。因此长期实时监测，预报和评估桥梁的安全局势，目前在中国乃至全世界是一个亟待解决的重要问题。 桥梁安全监测系统的设计方案，即通过长期实时桥跨的压力、变形等参数及测试，分析结构的动力特性参数和结构的评价科关键控制安全性和可靠性，以及问题的发现并及时维修，从而确保了桥的安全和长期耐久性。 近年来，桥梁安全监测技术已成为一个多学科的应用，它是在结构工程的传感器技术、计算机技术、网络通讯技术以及道路交通等基础上引入现代科技手段，已成为这一领域中科学和技术研究的重点。 无线传感器网络技术，在桥梁的安全监测系统方案的实现上，具有一定的参考价值。 无线传感器网络（WSN）是一种新兴的网络科学技术是大量的传感器节点，通过自组织无线通信，信息的相互传输，对一个具体的完成特定功能的智能功能的协调的专用网络。它是传感器技术的一个结合，通过集成的嵌入式微传感器实时监控各类计算机技术、网络和无线通信技术、布式信息处理技术、传感以及无线发送收集到的环境或各种信息监测和多跳网络传输到用户终端[2]。在军事、工业和农业，环境监测，健康，智能交通，安全，以及空间探索等领域无线传感器网络具有广泛应用前景和巨大的价值。 一个典型的无线传感器网络，通常包括传感器节点，网关和服务器，如图1

生物传感器毕业论文

目录 一．概述 (1) 二．生物传感器的基本原理、分类及特点 (1) 1.生物传感器的基本原理 (1) 2.生物传感器的分类 (1) 3.生物传感器的特点 (1) 三．几种典型的生物传感器 (2) 1.酶传感器 (2) 2.微生物传感器 (2) （1）呼吸机能型微生物传感器 (3) （2）代谢机能型微生物传感器 (3) 3.免疫传感器 (3) 4.生物组织传感器 (4) 5.半导体生物传感器 (4) （1）酶光敏二极管 (5) （2）酶FET (5) 四．生物传感器应用 (5) 五．生物传感器发展前景 (6) 参考文献 (8)

一．概述 20世纪70年代以来，生物医学工程迅猛发展，作为检测生物体内化学成分的各种生物传感器的不断出现。60年代中期起，首先利用酶的催化作用和它的催化专一性开发了酶传感器，并达到实用阶段。70年代又研制出微生物传感器、免疫传感器等。80年代以来，生物传感器的概念得到公认，作为传感器的一个分支它从化学传感器中独立出来，并且得到了发展，使生物工程与半导体技术相结合，进入了生物电子学传感器时代。生物传感器在发酵工艺、环境检测、食品工程、临床医学、军事及军事医学等方面得到了深度重视和广泛应用。随着社会的进一步信息化，生物传感器必将获得越来越广泛的应用。 二．生物传感器的基本原理、分类及特点 1.生物传感器的基本原理 生物传感器的基本原理是待测物质与分子识别原件特异性结合，发生生物化学反应，产生的生物学信息通过信号转换器转化为可以定量转化的电、光等信号，再经仪表放大和输出，从而达到分析检测的目的。生物传感器由固定化的生物敏感材料作识别元件（包括酶、抗体、抗原、微生物、细胞、组织、核酸等物质）。 2.生物传感器的分类 1.根据生物传感器中分子识别即敏感元件可分为五类：酶传感器，微生物传感器，细胞传感器，组织传感器和免疫传感器。显而易见，所应用的敏感材料依次为酶、微生物个体、细胞器、动植物组织、抗原和抗体。 2.根据生物传感器的换能器即信号转换器分类有：生物电极传感器，半导体生物传感器，光生物传感器，热生物传感器，压电晶体生物传感器等，换能器依次为电化学电极、半导体、光电转换器、热敏电阻、压电晶体等。 3.以被测目标与分子识别元件的相互作用方式进行分类有生物亲合型生物传感器。 3.生物传感器的特点 1.采用固定化生物活性物质作催化剂，价值昂贵的试剂可以重复多次使用，

无线传感器网络通信协议研究论文

目录 摘要 ......................................................................................... I Abstract ................................................................................... II 第一章前言 . (1) 1.1 研究目的和意义 (1) 1.2 国内外研究现状 (1) 1.3 研究内容 (1) 第二章无线传感器网络 (2) 2.1 无线传感器网络及其特点 (2) 2.2 无线传感器的拓扑结构 (3) 2.3 无线传感器网络的应用 (4) 第三章无线传感器网络通信协议概述 (6) 第四章路由协议 (8) 4.1路由协议的分类 (8) 4.2典型路由协议的比较 (13) 4.2路由协议下一步研究方向 (14) 第五章 MAC协议 (15) 5.1 MAC协议研究进展 (15) 5.2 MAC协议的主要问题 (15) 5.3 MAC协议的分类 (18) 5.4 MAC协议的分析和比较 (18) 5.5 MAC协议下一步研究方向 (27) 第六章总结和展望 (28) 致谢 ...............................................................错误！未定义书签。参考文献 (30)

摘要 随着无线通信技术、低功耗处理器和芯片集成工艺的飞速发展，无线传感器网络应运而生了。由于其成本低、适应性强，功能强大等特点，无线传感器网络（WSNs）在军事、环保、生产、医药和智能空间等领域都具有广阔的应用前景，其通信协议研究面临许多新的挑战。本文着重分析了路由协议和MAC协议两大网络协议的分类，并提出未来的研究方向。 关键词：无线传感器网络，通信协议，路由协议，MAC协议

无线传感器网络的应用研究

1武警部队监控平台架构介绍与设计 1.1监控系统的系统结构 基站监控系统的结构组成如上图所示，主要由三个大的部分构成，分别是监控中心、监控站点、监控单元。整个系统从资金、功能以及方便维护性出发，我们采用了干点加节点方式的监控方法。 监控中心（SC）：SC的定义是指整个系统的中心枢纽点，控制整个分监控站，主要的功能是起管理作用和数据处理作用。一般只在市级包括（地、州）设置相应的监控中心，位置一般在武警部队的交换中心机房内或者指挥中心大楼内。 区域监控中心（SS）：又称分点监控站，主要是分散在各个更低等级的区县，主要功能是监控自己所负责辖区的所有基站。对于固话网络，区域监控中心的管辖范围为一个县/区；移动通信网络由于其组网不同于固话本地网，则相对弱化了这一级。区域监控中心SS的机房内的设备配置与SC的差不多，但是不同的是功能不同以及SS的等级低于SC,SS的功能主要是维护设备和监控。 监控单元（SU）：是整个监控系统中等级最低的单元了，它的功能就是监控并且起供电，传输等等作用，主要由SM和其他供电设备由若干监控模块、辅助设备构成。SU侧集成有无线传感网络微设备，比如定位设备或者光感，温感设备等等。 监控模块（SM）：SM是监控单元的组成部分之一，主要作用监控信息的采集功能以及传输，提供相应的通信接口，完成相关信息的上传于接收。

2监控系统的分级管理结构及监控中心功能 基站监控系统的组网分级如果从管理上来看，主要采用两级结构：CSC集中监控中心和现场监控单元。CSC主要设置在运营商的枢纽大楼，主要功能为数据处理，管理远程监控单元，对告警信息进行分类统计，可实现告警查询和存储的功能。一般管理员可以在CSC实现中心调度的功能，并将告警信息进行分发。而FSU一般针对具体的某一个基站，具体作用于如何采集数据参数并进行传输。CSC集中监控中心的需要对FSU采集的数据参数进行报表统计和分析，自动生产图表并为我们的客户提供直观，方便的可视化操作，为维护工作提供依据，维护管理者可以根据大量的分析数据和报表进行快速反应，以最快的速度发现网络的故障点和优先处理点，将人力资源使用在刀刃上。监控中心CSC系统的功能中，还有维护管理类，具体描述如下： 1）实时报警功能 该系统的报警功能是指发现机房里的各种故障后，通过声音，短信，主界面显示的方式及时的上报给操作者。当机房内的动力环境，空调，烟感，人体红外等等发生变量后，这些数据通过基站监控终端上传到BTS再到BSC。最后由数据库进行分类整理后存储到SQLSEVRER2000中。下面介绍主要的几种报警方式： 2)声音报警 基站发生告警后，系统采集后，会用声卡对不一样的告警类别发出对应的语音提示。比如：声音的设置有几种，主要是以鸣叫的长短来区分的。为便于引起现场维护人员的重视紧急告警可设置为长鸣，不重要的告警故障设置为短鸣。这样一来可以用声音区分故障的等级，比方某地市的中心交换机房内相关告警声音设置，它的开关电源柜当平均电流达到40AH的时候，提示声音设置为长鸣，并立即发生短信告警工单。如果在夜晚机房无人值守的情况下：

无线传感器网络课程设计报告

无线传感器网络 课程设计报告 （2018-2019学年第一学期） 题目安全的无线传感器网络数据传输系统的设计指导老师 班级

目录1需求分析 2传感器网络概述 2.1传感器网络体系结构 2.2传感器网络协议栈 3数据传输方式 4设计 4.1主要数据结构 4.2 课程设计的条件 5测试 6使用说明 6.1应用程序功能的详细说明 6.2应用程序运行环境要求 6.3输入数据类型、格式和内容限制 6.4各模块程序段说明 7总结提高 7.1课程设计总结 7.2课程设计评价

1 需求分析 1.1 功能与技术需求 随着信息时代的逐渐来临,物联网的建设也越来越完善,为信息的存储和传输提供了完善的路径,而无线传感网是物联网的重要组成部分,它的建设成为物联网建设的关键。无线传感器网络是由大量微型传感器节点以自组织和多跳的方式构成的网络。它具有资源非常受限、无线通信链路质量不稳定和网络拓扑动态变化等诸多显著特点,与现有的互联网和其它无线网络存在较大差别,向可靠数据传输提出新的挑战和要求。在数据传输可靠性保障方面，采用了加密算法保证在传输过程中的安全性。 2 传感器网络概述 2.1传感器网络体系结构 典型的传感器网络结构包括传感器节点、汇聚节点和管理节点。随即部署在监测区域内的大量传感器节点通过自组织方式构成网络。传感器节点的监测数据沿着其他节点逐跳传输，监测数据可能被多个节点处理，经过多跳后被路由到汇聚节点，最后通过互联网或者卫星到达管理节点和用户。管理节点对传感器网络进行配置和管理。传感器网络体系结构如图所示

2.2传感器网络协议栈 与互联网协议栈(TCP/IP)的五层相对应，传感器网络协议栈包括:物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。另外协议栈还包括时间同步、节点定位、网络管理、QoS保障、移动管理、任务管理、能量管理和安全机制等。物理层提供信号调制、无线收发和相应的密码服务:数据链路层负责信道接入、拓扑生成、差错控制、介质访何控制、数据成帧以及数据帧监测等;网络层主要负责路由生成，路由选择和拓扑管理等;传输层负责数据流的传输控制，网络的协同工作等:时间同步、节点定位、网络管理、QoS 保障、移动管理、任务管理、能量管理和安全机制等通常跨越多个网络协议栈层次

企业网络规划与设计(H3C)

毕业设计（论文） 企业网络规划与设计 系别：计算机信息工程系 专业名称：计算机网络技术 学生姓名： 指导教师姓名： 完成日期 xxxx年xx月 xx 日

毕业设计论文摘要 随着Internet技术的日益普及，网络技术的飞速发展，企业信息化工作越来越受到重视，进入二十一世纪后，企业信息化不再满足于个人或单个部门的少量计算机应用，而逐步过渡到多部门、整个企业甚至跨企业跨地域的大量计算机的协同工作，因此我们需要把这些计算机用网络联系起来，这也就是我们所说的企业网。本文是对某IT企业的一个企业网络规划设计的解决方案，文章首先分析了企业网络的设计需求，根据需求提出了设计原则与设计目标，制定了总体的规划设计方案，然后再分层次具体地对该企业的局域网和广域网进行设计，在该方案中，我们采用了VLAN、三层交换、千兆交换等先进网络技术，基本满足了该企业的需求，并留有足够的扩充空间，以适应今后发展。 关键词企业网络规划设计 VLAN

目录 1 引言 (2) 2 概述 (4) 2.1企业概况分析 (5) 2.2企业网络设计需求分析 (5) 3网络总体规划 (6) 3.1企业网络设计目标 (6) 3.2企业网络设计原则 (6) 3.3网络设计相关协议说明 (7) 4网络具体规划与设计 (9) 4.1企业网络拓扑结构设计 (9) 4.2 应用到的五个技术 (10) 4.3设备选型 (16) 致谢 (19) 参考文献 (20)

1 引言 目前，对于国内的部分企业而言，计算机技术的应用很大程度上还只是停留在单机应用的水平上，应用软件也只是办公软件和简单的数据库应用。但是，随着计算机网络技术不断发展与普及、企业信息化的逐步深入和企业自身发展需求日益增大，在充分利用现有资源、不需要很大投资的基础上，构建适合自身情况、满足实际需求的网络系统是非常必要的，也是切实可行的 社会进入信息时代后，要求企业用信息技术来强化企业的管理、生产和经营，而企业要创造更多的经济效益就必须借助信息技术来提高企业的生产效率和管理水平，这不但适用于大型企业，对占相当比重的中小企业同样适用。网络技术的发展使得网络建设从基础架构到维护和管理都变得十分简单和智能，丰富的网络产品线和不断降低的价格，可以让中小企业根据自身的情况，按照实际的经济条件来构建自己的网络，用于网络建设的投资对于企业而言不再成为一个负担。各自为战的单机应用逐步暴露出现有资源利用率低、信息冗余大等问题，而解决这些问题的惟一途径就是建设一个满足应用需求的网络系统来实现资源的共享。一个成功的企业不仅要了解世界，还要让世界知道自己。实现这个目标的最佳途径就是要利用Internet。通过Internet，企业不仅可以获得大量的有价值的信息，同时也可以将企业的信息通过Internet发布到世界各地。 因此，企业进行计算机网络的建设，不仅是信息社会发展的要求，也是自身发展所必须的。 2 概述 企业网络指的是具有一定规模的网络系统，它可以是单座建筑物内的局域网，可以是覆盖一个园区的园区网，还可以是跨地区的广域网，其覆盖范围可以是几公里、几十公里、几百公里，甚至更广。狭义的企业网主要指大型的工业、商业、金融、交通企业等各类公司和企业的计算机网络；广义的企业网则包括各种科研、教育部门和政府部门专有的信息网络。 我国的企业网络建设经过了单机应用阶段，目前正处在Internet应用热潮中。但从目前情况看国内相当多的企业还处于网络初步应用阶段，其具有以下特点：1应用水平较低，分散且不一致。企业网络缺乏整体性的设计，没有统一的标准，在业务互相衔接的应用系统之间缺乏一致性；2应用者的整体水平比较低，缺乏对计算机和

基于无线传感器网络的智能交通系统的设计

一、课题研究目的 针对目前中国的交叉路口多，车流量大，交通混乱的现象研究一种控制交通信号灯的基于无线传感器的智能交通系统。 二、课题背景 随着经济的快速发展，生活方式变得更加快捷，城市的道路也逐渐变得纵横交错，快捷方便的交通在人们生活中占有及其重要的位置，而交通安全问题则是重中之重。据世界卫生组织统计，全世界每年死于道路交通事故的人数约有120 万，另有数100 万人受伤。中国拥有全世界1. 9 %的汽车，引发的交通事故占了全球的15 % ，已经成为交通事故最多发的国家。2000 年后全国每年的交通事故死亡人数约在10 万人，受伤人数约50万，其中60 %以上是行人、乘客和骑自行车者。中国每年由于汽车安全方面所受到的损失约为5180 亿(人民币)，死亡率为9 人/ 万·车，因此，有效地解决交通安全问题成为摆在人们面前一个棘手的问题。 在中国，城市的道路纵横交错，形成很多交叉口，相交道路的各种车辆和行人都要在交叉口处汇集通过。而目前的交通情况是人车混行现象严重，非机动车的数量较大，路口混乱。由于车辆和过街行人之间、车辆和车辆之间、特别是非机动车和机动车之间的干扰，不仅会阻滞交通，而且还容易发生交通事故。根据调查数据统计，我国发生在交叉口的交通事故约占道路交通事故的1/ 3，在所有交通事故类型中居首位，对交叉口交通安全影响最大的是冲突点问题，其在很大程度上是由于信号灯配时不合理(如黄灯时间太短,驾驶员来不及反应)，以及驾驶员不遵循交通信号灯，抢绿灯末或红灯头所引发交通流运行的不够稳定。随着我国经济的快速发展，私家车也越来越多，交通控制还是延续原有的定时控制，在车辆增加的基础上，这种控制弊端也越来越多的体现出来，造成了十字交叉路口的交通拥堵和秩序混乱，严重的影响了人们的出行。智能交通中的信号灯控制显示出了越来越多的重要性。国外已经率先开展了智能交通方面的研究。 美国VII系统(vehicle infrastructure integration)，利用车辆与车辆、车辆与路边装置的信息交流实现某些功能，从而提高交通的安全和效率。其功能主要有提供天气信息、路面状况、交叉口防碰撞、电子收费等。目前发展的重点主要集中在2个应用上: ①以车辆为基础; ②以路边装置为基础。欧洲主要是CVIS 系统(cooperative vehicle infrastructure system)。它有60 多个合作者，由布鲁塞尔的ERTICO 组织统筹，从2006 年2 月开始到2010年6月，工作期为4年。其目标是开发出集硬件和软件于一体的综合交流平台，这个平台能运用到车辆和路边装置提高交通管理效率，其中车辆不仅仅局限于私人小汽车，还包括公共交通和商业运输。日本主要的系统是UTMS 21 ( universal traffic management system for the 21st century , UTMS 21)。是以ITS 为基础的综合系统概念,由NPA (National Police Agency) 等5个相关部门和机构共同开发的，是继20 世纪90 年代初UTMS 系统以来的第2代交通管理系统，DSSS是UTMS21中保障安全的核心项目，用于提高车辆与过街行人的安全。因此，从国外的交通控制的发展趋势可以看出，现代的交通控制向着智能化的方向发展，大多采用计算机技术、自动化控制技术和无线传感器网络系统，使车辆行驶和道路导航实现智能化，从而缓解道路交通拥堵，减少交通事故，改善道路交通环境，节约交通能源，减轻驾驶疲劳等功能，最终实现安全、舒适、快速、经济的交通环境。