本文關(guān)鍵詞：基于WSN的水環(huán)境參數(shù)因子采集系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的日益加快,對環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)日益顯現(xiàn),尤其是對水環(huán)境的破壞已經(jīng)影響到人們的正常生活需求。因此,提高水污染實時監(jiān)測能力是保護(hù)水資源的重要途徑。傳統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)測方法有著各自不同的優(yōu)點,但普遍存在著相同的缺點,那就是實時性差,無法對突發(fā)的水污染事件進(jìn)行監(jiān)測;監(jiān)測范圍小,無法滿足對大面積水域的監(jiān)測需要。而無線傳感網(wǎng)作為一種先進(jìn)的感知系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)來說,具有長距離無線傳輸,實時數(shù)據(jù)采集的功能,在越來越多的領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。本文通過對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的特點及應(yīng)用領(lǐng)域的分析,結(jié)合課題目標(biāo)水域的具體應(yīng)用環(huán)境,在充分考慮水域污染特點及周邊影響因素的情況下,設(shè)計并開發(fā)了一套基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水環(huán)境參數(shù)因子采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括三個部分:前端傳感器數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò),水環(huán)境感知終端以及M2M遠(yuǎn)程監(jiān)控管理平臺。本系統(tǒng)通過水環(huán)境感知終端來完成前端傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署,調(diào)度并將前端傳感器網(wǎng)絡(luò)采集上來的實時數(shù)據(jù)通過無線傳輸?shù)姆绞缴蟼鞯組2M遠(yuǎn)程監(jiān)控管理平臺,進(jìn)而完成對水體污染參數(shù)的實時收集,管理,提升應(yīng)對突發(fā)污染事件的能力。本文的主要研究內(nèi)容是基于470MHz傳輸?shù)那岸藗鞲衅鲾?shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)以及水環(huán)境感知終端對前端傳感器數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)管理和調(diào)度。文中分別從軟件設(shè)計方面和硬件設(shè)計方面對系統(tǒng)的三個重要的組成部分加以闡述。硬件部分主要包括:水環(huán)境感知終端電路設(shè)計,GPRS無線通信模塊設(shè)計,電源電路設(shè)計等;軟件部分主要包括:感知終端管理系統(tǒng)設(shè)計,應(yīng)用于應(yīng)用層采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)腗ODBUS傳輸協(xié)議設(shè)計,應(yīng)用于終端與數(shù)據(jù)上報的平臺WMMP傳輸協(xié)議設(shè)計,M2M平臺設(shè)計以及遠(yuǎn)程控制程序設(shè)計。除此之外,課題還引入了感知終端系統(tǒng)調(diào)度方法,并針對網(wǎng)絡(luò)傳感器設(shè)備時鐘同步精度不高的問題,引入了一種基于IEEE 1588高精度時鐘同步協(xié)議的算法。最后,根據(jù)課題要求分別對水環(huán)境感知終端,前端傳感器網(wǎng)絡(luò)和M2M平臺進(jìn)行測試,根據(jù)不同測試指標(biāo)來完成系統(tǒng)測試。測試結(jié)果表明:系統(tǒng)能夠有效的完成對不同水環(huán)境因子的采集和對水環(huán)境的實時監(jiān)控任務(wù)。
【關(guān)鍵詞】：水環(huán)境監(jiān)控 470MHz 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 感知終端 時鐘同步
【學(xué)位授予單位】：沈陽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X84;TP212.9;TN929.5
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-14
• 第1章 緒論14-21
• 1.1 課題研究背景14
• 1.2 國內(nèi)外水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 國外水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究現(xiàn)狀14-15
• 1.2.2 國內(nèi)水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)概述17-18
• 1.4 論文主要研究工作與組織結(jié)構(gòu)18-20
• 1.4.1 主要研究工作18-19
• 1.4.2 論文組織結(jié)構(gòu)19-20
• 1.5 本章小結(jié)20-21
• 第2章 水環(huán)境感知監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計方案21-32
• 2.1 水環(huán)境感知監(jiān)測系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)綜述21-23
• 2.2 470MHz無線傳感器數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)23-29
• 2.2.1 WTH-470網(wǎng)絡(luò)分層23-26
• 2.2.2 WTH-470網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分類26-27
• 2.2.3 WTH-470網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)27-29
• 2.3 水環(huán)境感知監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)的確定29-31
• 2.4 本章小結(jié)31-32
• 第3章 水環(huán)境感知終端硬件設(shè)計32-44
• 3.1 水環(huán)境感知終端硬件模塊32-42
• 3.1.1 核心處理模塊33-35
• 3.1.2 電源供電模塊35-37
• 3.1.3 470MHz無線傳輸模塊37
• 3.1.4 LCD模塊37
• 3.1.5 GPRS模塊37-39
• 3.1.6 DI/DO輸入輸出模塊39
• 3.1.7 串口擴(kuò)展模塊39-40
• 3.1.8 Micro SD卡存儲模塊40-42
• 3.2 水環(huán)境感知終端硬件電路設(shè)計規(guī)范42-43
• 3.2.1 電源電壓的走向問題42
• 3.2.2 高頻低頻模塊干擾問題42-43
• 3.3 本章小結(jié)43-44
• 第4章 水環(huán)境感知終端軟件設(shè)計44-69
• 4.1 嵌入式操作系統(tǒng)45-50
• 4.1.1 uC/OS_Ⅱ嵌入式實時操作系統(tǒng)簡介45-46
• 4.1.2 uC/OS_Ⅱ系統(tǒng)與其他嵌入式系統(tǒng)的比較46
• 4.1.3 uC/OS_Ⅱ操作系統(tǒng)移植46-50
• 4.2 水環(huán)境感知監(jiān)測系統(tǒng)組網(wǎng)實現(xiàn)50-52
• 4.3 硬件邏輯層點對點射頻通信實現(xiàn)52-55
• 4.4 應(yīng)用層點對點數(shù)據(jù)通信設(shè)計與實現(xiàn)55-68
• 4.4.1 MODBUS傳輸協(xié)議設(shè)計55-58
• 4.4.2 MODBUS協(xié)議軟件實現(xiàn)58-62
• 4.4.3 WMMP無線傳輸協(xié)議設(shè)計62-66
• 4.4.4 WMMP無線傳輸協(xié)議軟件實現(xiàn)66-68
• 4.5 本章小結(jié)68-69
• 第5章 系統(tǒng)調(diào)度設(shè)計與時間同步69-85
• 5.1 網(wǎng)絡(luò)時間表的建立69-71
• 5.1.1 時隙控制70-71
• 5.1.2 時隙接入71
• 5.2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備工作模式71-74
• 5.3 IEEE 1588高精度時鐘同步算法74-84
• 5.3.1 IEEE 1588高精度時鐘同步算法74-77
• 5.3.2 基于相對頻率偏移g估計的中繼時鐘算法77-78
• 5.3.3 IEEE 1588時鐘同步算法實現(xiàn)78-82
• 5.3.4 IEEE 1588時鐘同步性能提升82-83
• 5.3.5 IEEE 1588時鐘同步測試83-84
• 5.4 本章小結(jié)84-85
• 第6章 系統(tǒng)測試85-89
• 6.1 無線傳感網(wǎng)測試用例設(shè)計與測試結(jié)果85-87
• 6.2 M2M管理平臺運(yùn)行情況87-88
• 6.3 本章小結(jié)88-89
• 結(jié)論89-90
• 參考文獻(xiàn)90-93
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文和取得的科研成果93-94
• 致謝94-95

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本文編號：437144