本文關(guān)鍵詞：小型水域水下監(jiān)測通信平臺的設(shè)計及實驗，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著人們對水環(huán)境的日益重視,以及水資源稀缺、水污染等影響人類生活的現(xiàn)象日漸頻繁,建立起對水環(huán)境足夠的監(jiān)管力度成為了我國乃至世界上許多國家的政府迫在眉睫的任務(wù)。對于小型水域(江河湖),我們需要傳感器節(jié)點來監(jiān)測其溫度、化學(xué)成分、pH值等等各類參數(shù),這些節(jié)點一般是被安裝在水中需要長期監(jiān)測。于是,開發(fā)一種低成本的、高效的、低功耗的適用于此類小型水域的水下監(jiān)測平臺則具有很強(qiáng)的現(xiàn)實意義。本文在此背景上研發(fā)了一種具有水下監(jiān)測功能的平臺,通過在水中安放監(jiān)測節(jié)點,對小型水域的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測。設(shè)計的過程包括通信硬件電路的設(shè)計、通信調(diào)制解調(diào)模式的選擇及程序編寫、通信協(xié)議的編寫以及實驗室環(huán)境和開放性湖水中的實驗測試。在總結(jié)了各類通信方法的情況下,本文選擇了水下聲通信作為通信的載體。而由于水下聲信道本身具有的多徑效應(yīng)、多普勒效應(yīng)和時空畸變等特性,傳統(tǒng)的通信編碼方式往往需要高性能高主頻的主控芯片來實現(xiàn)。本文創(chuàng)新性地引入線性調(diào)制編碼(Chirp FSK)的方法,并將其通信程序編寫在低功耗的MCU芯片中,在保證通信正確率和速率的情況下,實現(xiàn)了節(jié)點的低功耗運(yùn)行。為了保證通信的可靠性,本文單獨設(shè)計了用于激發(fā)和接收聲波信號的電路,采用了RFID式的喚醒模式來實現(xiàn)系統(tǒng)的超低功耗運(yùn)行。發(fā)射電路方面,本文對比了多種功放電路,設(shè)計了最為有效但節(jié)能的放大電路；接收電路方面,本文結(jié)合了生物電微弱信號放大電路的設(shè)計方法和射頻電路中的威爾金森功分器電路原理,設(shè)計了高可靠性的濾波放大電路,保證了通信的正確率。并在實驗室環(huán)境中大量測試了通信樣機(jī),將其誤碼率控制在0.06%以內(nèi)。在系統(tǒng)實現(xiàn)方面,本文設(shè)計了主從節(jié)點的通信方式,通過結(jié)合了移動節(jié)點和固定節(jié)點之間的信息,利用了傳感器組網(wǎng)的方式,在水中建立監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。并選在半徑為50-100米的開放性湖水中進(jìn)行了測試,實現(xiàn)了對水環(huán)境的參數(shù)監(jiān)測。
【關(guān)鍵詞】：水質(zhì)監(jiān)測 水聲通信 線性調(diào)制編碼 TinyOS
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X84
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 背景和研究意義11-12
• 1.2 水聲通信的國內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀12-14
• 1.3 水聲通信監(jiān)測平臺的國內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.4 小型水域水聲通信監(jiān)測平臺的特點15-16
• 1.5 論文的主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 水聲通信的概念及水下監(jiān)測平臺的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹17-29
• 2.1 水聲通信的基本概念17-24
• 2.1.1. 水聲通信的特點17
• 2.1.2. 水聲通信信道17-21
• 2.1.3. 水聲通信常用通信方式21-24
• 2.2 水下監(jiān)測平臺的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)介紹24-26
• 2.3 小型流域水下監(jiān)測平臺的系統(tǒng)架構(gòu)26-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第3章 水下監(jiān)測平臺節(jié)點的硬件設(shè)計29-54
• 3.1 水下監(jiān)測平臺節(jié)點設(shè)計方案綜述29-32
• 3.1.1. 節(jié)點功能總述及設(shè)計原則29
• 3.1.2. 節(jié)點的功能設(shè)計29-32
• 3.2 水下監(jiān)測節(jié)點系統(tǒng)數(shù)字電路設(shè)計32-35
• 3.3 水下監(jiān)測節(jié)點通信發(fā)射電路設(shè)計35-42
• 3.3.1. 水聲信號放大電路35-37
• 3.3.2. 信號功率放大電路37-40
• 3.3.3. 超聲波換能器寬帶匹配技術(shù)40-42
• 3.4 水下監(jiān)測節(jié)點信號接收電路的設(shè)計42-53
• 3.4.1. 聲納技術(shù)43-45
• 3.4.2. 接收電路總體設(shè)計方案45-46
• 3.4.3. 接收電路設(shè)計46-53
• 3.5 本章小結(jié)53-54
• 第4章 Chirp FSK的通信原理及實現(xiàn)54-70
• 4.1 Chirp FSK的調(diào)制解調(diào)原理54-61
• 4.1.1. Chirp FSK調(diào)制54-56
• 4.1.2. Chirp FSK解調(diào)56-61
• 4.2 水聲通信系統(tǒng)發(fā)射接收程序設(shè)計61-67
• 4.2.1. 水聲通信發(fā)射程序61-64
• 4.2.2. 水聲通信接收程序設(shè)計64-66
• 4.2.3. Chirp FSK與其他常用調(diào)頻方法的比較66-67
• 4.3 本章小結(jié)67-70
• 第5章 水下監(jiān)測平臺通信協(xié)議和測試實驗70-88
• 5.1 水下監(jiān)測平臺網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議軟件開發(fā)70-75
• 5.1.1. 水下監(jiān)測平臺運(yùn)行方式70-71
• 5.1.2. TinyOS操作系統(tǒng)簡介71
• 5.1.3. 水下監(jiān)測平臺通信協(xié)議實現(xiàn)方式71-75
• 5.2 水下監(jiān)測平臺節(jié)點制作與實驗環(huán)境75-79
• 5.2.1. 節(jié)點制作75-77
• 5.2.2. 實驗環(huán)境介紹77-79
• 5.3 點對點通信實驗79-84
• 5.3.1. 長時間通信79-80
• 5.3.2. 實驗環(huán)境對比80-82
• 5.3.3. 多普勒效應(yīng)實驗82-84
• 5.4 水下監(jiān)測平臺試驗84-87
• 5.5 本章小結(jié)87-88
• 第6章 總結(jié)與展望88-89
• 參考文獻(xiàn)89-93
• 攻讀碩士學(xué)位期間主要研究成果93

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 朱維慶;朱敏;武巖波;楊波;徐立軍;傅翔;潘鋒;;載人潛水器“蛟龍”號的水聲通信信號處理[J];聲學(xué)學(xué)報;2012年06期

2 周關(guān)林;李鋼虎;成靜;;海洋環(huán)境噪聲背景下水聲信號檢測的新方法[J];聲學(xué)與電子工程;2009年02期

3 張艷娜;羅德宏;;寬帶Chirp技術(shù)的應(yīng)用[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2009年09期

4 陳治國;袁雪蓮;張文杰;;基于Chirp信號跳頻調(diào)制的超寬帶通信系統(tǒng)設(shè)計[J];通信技術(shù);2007年09期

5 李淑秋;李啟虎;張春華;;第六講 水下聲學(xué)傳感器網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和應(yīng)用[J];物理;2006年11期

6 孫博;程恩;歐曉麗;;淺海水聲信道研究與仿真[J];無線通信技術(shù);2006年03期

7 曾臺英,賈叔仕;水聲換能器及其研究和發(fā)展[J];儀表技術(shù)與傳感器;2002年11期

  本文關(guān)鍵詞：小型水域水下監(jiān)測通信平臺的設(shè)計及實驗，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：286059