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基于无线传感器网络的大坝渗压监测系统设计

作　者: 钱桂芬
导　师: 黎洪生；王攀
学　校: 武汉理工大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 终端节点 协调器 zigbee 协议栈 GPRS 无线传感器网络
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 172次
引　用: 2次
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内容摘要


随着我国水利建设事业的不断的发展,大坝安全问题受到了越来越多的重视。现存的大坝安全监测系统多是有线的系统,它们还存在很多的问题,例如,监测测点不能随便选择,布置不灵活,布线工程繁琐,防雷防鼠很困难,线路维护困难,线路分布参数变化影响测量精度等等。基于无线传感器网络的大坝安全监测系统的研究能够解决当前有线系统带来的各种问题。本文提出了基于无线传感器网络的大坝安全监测系统的设计方案。该系统以渗压监测为例,采用无线传感器网络技术,建立网状网络拓扑结构,结合GPRS技术实现数据的远传。系统具有数据传输可靠性高,维护简单,成本低,网络结构灵活的特点。分析各种渗压传感器的优缺点。其中,振弦式渗压传感器具有稳定性高,抗干扰能力强的特点。本文选择振弦式渗压传感器来进行渗压采集,并对其原理,安装,数据处理等做了详细的说明。通过比较几种常见的供电方式,最终选择太阳能供电作为渗压节点的供电方案。该方案能够实现能量的自给自足,摆脱市电的局限性,安装简单灵活,环保。渗压节点的通信方式选择zigbee无线通信技术。相对其它无线通信方式,该方式具有距离短,功率低,速度低,成本低的特点。渗压节点程序的开发可以建立在现有的zigbee协议的基础上,大大减少了程序开发的难度和周期。在渗压节点的硬件设计中,设计了各个功能模块,如：无线通信模块,电源模块,传感器模块,串口通信模块,数据远传模块,存储模块,显示模块。同时进行一些调试工作和仿真工作。在渗压节点的软件设计中,以zigbee协议为基础,编写应用层程序,实现节点的功能。其主要功能包括数据采集,数据处理,数据传输,网络建立,路由选择等。本文还采用winsock技术设计了底层通信程序,实现了与协调器节点的通信。同时运用组态技术设计了大坝渗压监测程序。该程序可以实现测量数据的显示和远程参数的设置。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第1章 绪论  8-14
  1.1 课题的研究背景与意义  8-9
  1.2 国内外大坝安全监测的研究现状  9-12
    1.2.1 国内研究现状  9-11
    1.2.2 国外研究现状  11-12
  1.3 本论文研究的内容以及主要工作  12-13
  1.4 论文的组织结构  13-14
第2章 无线传感器网络技术  14-21
  2.1 无线传感器网络技术的应用  14-15
  2.2 无线传感器网络技术特点  15-16
  2.3 无线传感器网络的结构  16-18
    2.3.1 无线传感器网络的协议栈结构  16-17
    2.3.2 无线传感器网络结构  17-18
  2.4 无线传感器网络的一些关键技术  18-19
  2.5 无线传感器网络节点  19-20
  2.6 本章小结  20-21
第3章 振弦式渗压传感器  21-26
  3.1 振弦式传感器的原理  21-23
    3.1.1 振弦式传感器的基本工作原理  21-22
    3.1.2 振弦式传感器的激励方式  22-23
  3.2 渗压计的安装以及注意事项  23-24
    3.2.1 渗压计的安装  23
    3.2.2 防雷保护  23-24
  3.3 渗压计的数据处理  24-25
    3.3.1 温度测量  24
    3.3.2 应压力测量  24-25
  3.4 本章小结  25-26
第4章 渗压监测系统设计方案  26-36
  4.1 系统介绍  26-27
  4.2 渗压监测系统框架设计方案  27-28
  4.3 无线渗压节点硬件设计方案  28-31
    4.3.1 供电方案选择  29-30
    4.3.2 无线传输方案选择  30-31
  4.4 ZIGBEE理论基础  31-35
  4.5 本章小结  35-36
第5章 大坝无线渗压节点的硬件设计  36-50
  5.1 无线通信模块设计  36-38
  5.2 电源模块设计  38-40
  5.3 传感器模块设计  40-45
    5.3.1 激励信号产生电路设计  40-41
    5.3.2 频率信号的信号调理  41-43
    5.3.3 频率信号的抗干扰问题  43
    5.3.4 频率信号的数字系统测量问题  43-44
    5.3.5 温度信号的采集  44-45
  5.4 串口通信电路设计  45-46
  5.5 数据远传电路设计  46-47
    5.5.1 GPRS技术  46
    5.5.2 M33在电路中的连接  46-47
  5.6 存储电路设计  47-48
  5.7 显示电路设计  48-49
  5.8 本章小结  49-50
第6章 大坝无线渗压节点的软件设计  50-61
  6.1 协议栈分析  50-52
    6.1.1 zigbee协议栈主函数工作流程  50-51
    6.1.2 zigbee协议栈路由算法  51-52
  6.2 大坝无线渗压节点软件设计  52-58
    6.2.1 大坝无线渗压终端节点软件设计  53-56
    6.2.2 大坝无线渗压协调器节点软件设计  56-58
  6.3 大坝渗压监测软件设计  58-60
    6.3.1 大坝渗压监测程序设计  58-59
    6.3.2 底层通信程序  59-60
  6.4 本章小结  60-61
第7章 总结与展望  61-63
  7.1 全文总结  61
  7.2 展望  61-63
参考文献  63-66
作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文  66-67
致谢  67

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统
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