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基于物联网的塑胶地板层压生产线监控系统研制

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摘要

第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.1.1 研究背景

1.1.2 研究意义

1.2 物联网概述

1.2.1 物联网发展现状

1.2.2 物联网体系结构

1.2.3 物联网典型应用

1.3 论文主要工作与组织结构

1.3.1 论文主要工作

1.3.2 论文组织结构

第二章 系统方案设计

2.1 系统架构设计

2.2 系统功能分析

2.3 系统方案设计

2.3.1 无线传感器网络方案设计

2.3.2 网关方案设计

2.3.3 服务器方案设计

2.3.4 数据传输应用层协议

2.4 系统实现

2.5 本章小结

第三章 硬件设计

3.1 传感器设计

3.1.1 温湿度传感器设计

3.1.2 有害气体传感器设计

3.1.3 粉尘传感器设计

3.1.4 噪声传感器设计

3.2 ZigBee节点设计

3.2.1 CC2530核心电路设计

3.2.2 电源接口模块设计

3.2.3 串口通信模块设计

3.2.4 I/O接口模块设计

3.2.5 仿真调试模块设计

3.3 本章总结

第四章 无线传感器网络设计

4.1 ZigBee技术概述

4.1.1 ZigBee介绍

4.1.2 ZigBee协议规范

4.1.3 ZigBee网络拓扑

4.2 基于OPNET的ZigBee网络仿真

4.2.1 OPNET网络仿真介绍

4.2.2 基于ZigBee的传感器网络性能仿真

4.3 无线传感器网络软件设计

4.3.1 Z-Stack协议栈移植

4.3.2 终端节点和路由器节点程序设计

4.3.3 协调器节点程序设计

4.4 本章总结

第五章 软件设计

5.1 Modbus协议

5.1.1 协议标准介绍

5.1.2 Modbus协议的软件实现

5.2 网关程序设计

5.3 服务器设计

5.3.1 数据库设计

5.3.2 服务器监控管理软件设计

5.4 客户端设计

5.4.1 Windows客户端应用程序设计

5.4.2 Web页面设计

5.5 本章总结

第六章 系统测试

6.1 传感器测试

6.2 Modbus报文传输测试

6.3 无线传感器网络测试

6.3.1 Zigbee网络拓扑测试

6.3.2 Zigbee设备信号传输测试

6.4 系统联调测试

6.5 本章总结

第七章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

致谢

参考文献

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摘要

物联网是德国工业4.0最为核心的内容,也是“中国制造2025”战略规划的主导方向。物联网具有智能感知、无线互联及泛在网络等特点,目前已在很多行业得到广泛应用。我国塑胶地板行业自动化和信息化水平较低,如果引入物联网技术,将能够极大地提高生产效率,改善生产管理,节约和保护资源环境,实现工业化和信息化的深度融合。基于此,本文面向塑胶地板产业开展了基于物联网的层压生产线监控系统研究。
  本文主要工作内容如下:
  (1)系统架构设计。本文遵循物联网体系架构进行系统整体方案设计,主要包括了无线传感器网络、网关、服务器三部分。其中,服务器是系统的核心,实现对生产过程监控和生产环境监测的统一管理,满足整个系统的数据处理、分析、显示和存储要求。
  (2)数据传输协议设计。本文采用Modbus协议为系统设备间应用层数据传输提供封装和解析,通过C++类设计实现Modbus协议的主要功能,以满足系统数据传输要求。
  (3)传感器网络设计。本文采用ZigBee技术进行无线传感器网络的搭建,并设计了传感器和节点相关硬件电路,同时以Z-Stack协议栈为基础进行各类型节点的软件设计,满足系统环境监测要求。
  (4)网关设计。本文在移植WinCE6.0嵌入式操作系统的基础上,设计了网关应用程序。作为Modbus网关,一方面通过Modbus串行通信实现工业现场的数据获取与更新,另一方面以无线方式接入互联网与服务器进行ModbusTCP通信以实现数据交互。
  (5)服务器配置与程序设计。本文设计了服务器监控管理程序以实现对工业现场的远程监控管理,针对系统数据存储管理要求进行了基于MySQL的数据库设计,并通过C/S和B/S模型分别以PC客户端和Web页面方式向用户提供数据查询管理服务。
  实验表明,本系统满足预期功能要求,可实现针对塑胶地板层压生产线的远程生产过程监控和生产环境监测,同时面向用户提供可靠的数据访问服务。

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