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研究生: 紀坤輝
Kun-Hui Chi
論文名稱: 基於輪型機械人之無線感測網路系統設計
Toward the Design of a Wireless Sensor Network System based-on a Wheeled-Robot
指導教授: 陳建祥
Jian-Shiang Chen
口試委員:
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 工學院 - 動力機械工程學系
Department of Power Mechanical Engineering
論文出版年: 2007
畢業學年度: 95
語文別: 中文
論文頁數: 70
中文關鍵詞: 無線個人區域網路輪型機械人無線通訊運動控制沿壁行走
外文關鍵詞: ZigBee, WPAN, Bluetooth, Robot, Wireless Sensor Network
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  • 無線個人區域網路(Wireless Personal Area Network ; WPAN)的概念,就是將生活環境週遭的設備,如手機、PDA、電腦週邊與其他資訊家電等,以短距離且低功率的無線網路的技術連接起來。無線感測網路(Wireless Sensor Network ; WSN)便是實現WPAN的一種技術,利用散佈在特定區域的各網路節點來建構一個低成本、低功耗且低傳輸率的無線網路,其應用範圍包括居家設備自動化、工業控制、遠端監控及醫療照護等。
    本論文將提出一套利用ZigBee來實現的無線感測網路系統。我們使用嵌入式控制器與ZigBee晶片來實現一個可程式化的網路節點,並以C語言來撰寫適合的傳輸規則與溝通邏輯。利用個人電腦與數個網路節點以分散式的架構來建立一個以個人電腦為中心的無線感測網路系統,最後結合輪型機器人來實現動態物體的軌跡追蹤。


    The idea of Wireless Personal Area Network (WPAN) is using a short range and low power wireless network technology to connect certain devices such as cell-phones, PDAs, computers and peripherals and other home appliances. Wireless Sensor Network (WSN) is one of the technologies to realize WPAN. It can setup a low cost, low power and low data transfer rate wireless network in a particular area by deploying several network node. The applications include building automation, industrial control, remote control and healthcare.
    This thesis proposes a wireless sensor network system using ZigBee. We use embedded controller and ZigBee module to implement a programmable network node, and compile suitable transmission protocol and communication logics. We set up a wireless sensor network in distributed structure by several network nodes and PC, in which PC is the master control center. Finally, we would combine this system with a wheeled-robot to verify its efficacy in the movable object location estimation and loci tracking.

    章節目錄 第一章 緒論 1 1-1 研究背景及動機 1 1-2文獻回顧 2 1-3本文架構 4 第二章 系統描述 6 2-1 ZigBee概述 6 2-1.1網路設備類型 7 2-1.2網路拓撲型態 8 2-1.3工作頻段與傳輸率 11 2-1.4低功耗、安全性與可靠度 11 2-1.5 ZigBee與藍牙的比較 12 2-2 分散式系統架構 15 2-3 系統整合 18 2-4可能的困難 19 2-5 結語 20 第三章 實驗系統架構 21 3-1 嵌入式控制器 21 3-1.1 I-7188EX控制器 21 3-1.2 MiniOS 7 23 3-1.3 程式執行 24 3-2 ZigBee 系統架構 24 3-2.1 無線收發模組 24 3-2.2 ZigBee網路的建立 26 3-2.3 通訊模式 28 3-3 輪型機械人 30 3-4 嵌入式電腦 31 3-4 全系統架構 32 3-4.1 ZigBee網路節點 32 3-4.2 可遙控的行動平台 33 3-4.3 行動平台結合ZigBee網路系統 34 3-5結語 35 第四章 實驗結果 36 4-1 無線通訊測試 36 4-1.1 連續通訊測試 36 4-1.2 通訊距離測試 40 4-2 輪型機械人的運動控制 43 4-2.1 速度曲線規劃 43 4-2.2沿壁行走之控制 44 4-2.3 障礙物的閃避機制 51 4-3 視窗介面 52 4-4系統整合測試 54 4-5 結論 64 第五章 本文貢獻和未來研究方向與建議 66 5-1 本文貢獻 66 5-2 未來研究方向與建議 66 參考文獻 68 圖目錄 圖2- 1 ZigBee堆疊 7 圖2- 2 IEEE802.15.4網路拓撲型態 9 圖2- 3 網狀及叢集樹狀拓撲型態 10 圖2- 4藍牙的網路拓撲 13 圖2- 5 集中式系統架構 16 圖2- 6 分散式系統架構 17 圖2- 7 系統概觀 18 圖2- 8 系統功能架構 19 圖3- 1 I-7188EX外觀 21 圖3- 2 使用命令提示字元進入MiniOS介面 23 圖3- 3 Helicomm IP-Link 1221-2133模組的外觀。 25 圖3- 4 Pioneer 3 的外觀 30 圖3- 5 Lincon 8000 的外觀 31 圖3- 6 ZigBee網路節點架構示意圖 33 圖3- 7 行動平台架構圖 34 圖3- 8 全系統架構圖 35 圖4- 1 程式流程圖 37 圖4- 2 主控端的連續傳值測試 39 圖4- 3 客戶端的連續傳值測試 40 圖4- 4 傳輸距離測試 41 圖4- 5 訊號強度(-25dBm) 42 圖4- 6 訊號強度(-5dBm) 42 圖4- 7 角速度曲線 44 圖4- 8 聲納的配置 45 圖4- 9 沿壁行走控制器 46 圖4- 10修正角度後可能大於有效張角的情況 46 圖4- 11 角度計算 47 圖4- 12 加入角度補償的沿壁行走控制器 48 圖4- 13 修正角度規劃 49 圖4- 14 沿壁行走控制器實驗結果(I) 50 圖4- 15沿壁行走控制器實驗結果(II) 51 圖4- 16 圖形化操控介面 53 圖4- 17 資訊傳遞路徑 55 圖4- 18 個人電腦上的程式流程圖 56 圖4- 19 B節點的程式流程圖 57 圖4- 20 C節點的程式流程圖 58 圖4- 21 F端的程式流程圖 59 圖4- 22 系統整合測試結果(I) 60 圖4- 23 接收到的資料 61 圖4- 24 系統整合測試結果(II) 63 表目錄 表2- 1 IEEE802.15.4 實體層規格 11 表2- 2 ZigBee和藍牙的特性比較 15 表3- 1 I-7188EX-512的規格 22 表3- 2 IP-Link 1221-2133模組的規格 25 表3- 3 Tag的回傳資料內容 27 表3- 4 IP-Link的訊框格式 28 表3- 5 Lincon 8000的相關規格 32 表4- 1 IP-Link的資料傳輸模式 36 表4- 2 IP-Link 的回應模式 38 表4- 3 Error Type錯誤表 38 表4- 4 各聲納的安全參數值 52 表4- 5資料數值的意義 62

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