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基于RFID的井场参数无线自动采集系统研究

作　者: 刘灵
导　师: 关学忠
学　校: 东北石油大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 参数采集 nRF905 STC12LE5616AD 路由协议 C#
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 15次
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内容摘要

随着射频技术、微电子技术及集成电路技术的进步,无线通信技术取得了飞速的发展,使得无线通信容易实现,成本逐步降低,传输速度不断加快,可靠性飞速提高,逐渐达到可以和有线网络相媲美的水平。为降低油田生产成本,创建数字化油田,本文以石油开采钻井过程为背景,以射频技术为基础,组建无线传感器网络,实现井场参数(如温度、压力、流量等)数据的无线采集分析处理,完成井场安全生产运行状态的有效监测,解决了有线监测系统线路冗杂、不便于管理的问题,为石油的稳定开采生产提供了有力保障。研究了无线传感器网络的特点、拓扑结构、工作原理等,在此基础上构建出井场参数无线采集系统的网络模型。在MAC层CSMA协议基础上设计二进制指数退避算法和RTS-CTS握手机制相结合的退避方式,有效地减少了数据冲突；在网络层LEACH协议簇头选取中加入了重心校正法和能量比较法以便选取较优的簇头；为了提高网络传输效率引入Dijkstra算法,延长了网络寿命,使路由协议快速收敛,减少协议运行开销。采用STC12LE5616AD单片机与无线收发模块nRF905为核心部件组建无线传感器网络,设计了网络中各类节点的硬件电路。运用C#编制出具有数据接收、解析、存储、显示、历史数据曲线查询等功能的上位机监控软件。本设计实现了井场参数信息的实时采集与传输,并能通过上位机显示界面对底层采集的数据分类显示。通过测试证实了所设计方案的正确性,测试结果满足系统设计要求,具有一定的实用性和推广价值。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-6
创新点摘要  6-10
第一章绪论  10-15
  1.1 课题研究背景、目的及意义  10
  1.2 国内外研究发展现状  10-13
    1.2.1 国内外数据采集系统研究发展现状  10-12
    1.2.2 国内外RFID技术研究发展现状  12-13
  1.3 RFID技术现阶段存在的问题  13
  1.4 论文研究的主要内容及结构  13-15
    1.4.1 论文研究的主要内容  13-14
    1.4.2 论文的结构  14-15
第二章井场参数自动采集系统模型建立  15-21
  2.1 无线传感器网络概述  15-18
    2.1.1 无线传感器网络简介  15
    2.1.2 无线传感器网络的特点  15-16
    2.1.3 无线传感器网络基本原理  16-17
    2.1.4 无线传感器网络体系结构  17
    2.1.5 无线传感器网络拓扑结构  17-18
  2.2 基于RFID技术构建无线传感器网络模型  18-20
    2.2.1 基于RFID的井场参数采集系统模型  18-19
    2.2.2 井场参数采集系统工作原理  19
    2.2.3 井场参数采集系统特点  19-20
  2.3 本章小结  20-21
第三章通信协议的分析与改进  21-36
  3.1 无线传感器网络各层协议  21-23
  3.2 MAC层协议的设计  23-28
    3.2.1 MAC层协议的关键问题  23
    3.2.2 信道接入方式的设计  23-25
    3.2.3 避免冲突的设计  25-28
    3.2.4 差错控制算法的设计  28
  3.3 主要路由协议分析  28-30
  3.4 本系统路由算法改进  30-35
    3.4.1 LEACH算法基本思想  30-32
    3.4.2 簇头选取的改进算法  32-33
    3.4.3 提高信息传输效率的改进算法  33-35
  3.5 本章小结  35-36
第四章井场参数采集系统软硬件设计  36-55
  4.1 系统整体设计  36
  4.2 微处理器芯片选取  36-38
    4.2.1 芯片选型  36-37
    4.2.2 STC12LE5616AD芯片介绍  37-38
  4.3 无线射频收发芯片的选取  38-44
    4.3.1 芯片选取  38-40
    4.3.2 nRF905芯片结构  40
    4.3.3 nRF905初始化配置  40-41
    4.3.4 nRF905工作模式设置  41-44
  4.4 中心节点设计  44-48
    4.4.1 电源模块设计  45
    4.4.2 无线通信模块天线电路设计  45-46
    4.4.3 控制器与nRF905的SPI通信  46-48
    4.4.4 串口通信模块RS-232与GPRS模块电路设计  48
  4.5 终端节点设计  48-51
    4.5.1 温度测量电路设计  48-49
    4.5.2 液位测量电路设计  49-50
    4.5.3 流量测量电路设计  50-51
  4.6 监控中心软件设计  51-54
    4.6.1 监控中心软件整体功能及主界面  51-52
    4.6.2 软件界面设计  52-53
    4.6.3 数据的解析  53
    4.6.4 数据的存储  53-54
  4.7 本章小结  54-55
第五章井场参数采集系统设计的验证  55-59
  5.1 实验平台  55
  5.2 系统测试  55-58
    5.2.1 组网测试  55-56
    5.2.2 新终端节点入网测试  56-58
    5.2.3 数据传输测试  58
  5.3 本章小结  58-59
结论  59-60
参考文献  60-63
发表文章目录  63-64
致谢  64-65
附录一  65-69
附录二  69-70
附录三  70-71
附录四  71-72
详细摘要  72-78

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