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基于WSN嵌入式水下监测系统的设计与实现

作　者: 魏战宇
导　师: 马洪连
学　校: 大连理工大学
专　业: 计算机系统结构
关键词: VIA工控机 ZIGBEE Kalman滤波 LZW数据压缩
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

长久以来,对于水下施工过程的监测问题就是相关研究及工程技术人员非常关心的问题。近年来,随着国民经济的快速发展和城市规模的快速扩张,各种大型水下基建工程越来越多,各种水下施工项目逐渐增多,水下施工的安全问题已经成为工程关注的焦点。因为水下施工监测的难度极大,因此在早期监测技术有限的情况下,监测工程是一项极其耗费人力,物力,以及财力的事情。但是,近年来随着无线传输网络技术、嵌入式技术和传感器技术的快速发展,并被快速的应用到工程安全监测项目中,使得监测变得方便,维护容易,并且工程造价越来越低。如何将这些先进技术应用在水下工业监测领域,使得整个检测系统的功能更加强大、性能更加稳定以及对能量的消耗更少已经越来越引起人们的注意。本论文详细描述了基于WSN的嵌入式水下施工监测系统的设计与现实,系统是根据实际工程需要设计开发的,采用了最新的嵌入式采集技术,利用新式VIA高性能工控机实现了大容量、多通道,实时信息采集,利用ZIGBEE无线传输网络实现了低功耗传输。并且设计了新式的滤波算法,保证数据的精度;开发了嵌入式数据压缩算法,降低了数据传输功耗;设计了良好的稳定的通信协议,保证了数据传输的正确性。在中心服务器端、嵌入式控制传输终端以及水下采集平台都安装了相应的自主开发的采集控制软件,这些软件使得系统能够在满足满足用户的需求的前提下稳定健壮的运行。本次毕业设计已完成项目要求的功能,在本系统中应用了嵌入式开发技术、无线传输技术、数据融合及压缩技术等,最终实现了对远程水下施工情况的远程实时监测。目前已成功应用于大连港二期填海工程监测,反馈效果良好。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-10
  1.1 本课题背景及要求  8
  1.2 本课题的主要工作  8-10
2 系统总体设计方案  10-16
  2.1 硬件系统总体框架设计  10-11
  2.2 WSN通信网络结构设计  11-14
  2.3 软件系统总体设计  14-16
3 系统硬件部分的设计与实现  16-26
  3.1 水下数据采集平台的设计与实现  16-18
  3.2 无线通信节点的设计与实现  18-20
    3.2.1 微处理器的主要特点  18
    3.2.2 通信节点硬件电路设计与实现  18-20
  3.3 嵌入式控制通信终端的设计与实现  20-26
    3.3.1 控制板核心模块设计实现  20-22
    3.3.2 外围模块部分设计实现  22-26
4 软件系统的设计与实现  26-37
  4.1 水下数据采集软件的设计与实现  26-27
  4.2 嵌入式控制通信终端软件的设计与实现  27-31
    4.2.1 嵌入式控制通信终端解决的问题  27-29
    4.2.2 数据校验的实现  29
    4.2.4 通信协议的设计实现  29-31
  4.3 服务器端应用软件的实现  31-35
    4.3.1 服务器端软件的图形界面的实现  31-34
    4.3.2 数据采集软件的实现  34-35
  4.4 无线通信模块软件的实现  35-37
5 系统采集数据处理的设计与实现  37-54
  5.1 采集数据的预处理  37-42
    5.1.1 Kalman滤波简介  37-38
    5.1.2 数据采集模型  38-40
    5.1.3 滤波结果及数据分析  40-42
  5.2 采集数据压缩算法的设计与实现  42-54
    5.2.1 数据压缩算法的选择  42-44
    5.2.2 LZW算法简介  44-48
    5.2.3 通信节点压缩算法的设计  48-52
    5.2.4 能耗的评测  52-54
6 系统测试  54-56
  6.1 模拟测试  54-55
  6.2 现场测试  55-56
结论  56-57
参考文献  57-59
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  59-60
致谢  60-61

基于WSN嵌入式水下监测系统的设计与实现

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