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测风塔安全在线监测系统设计与实现

作　者: 幺伦韬
导　师: 郭立炜；李建明
学　校: 河北科技大学
专　业: 计算机技术
关键词: 测风塔安全 Zigbee 监测
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 47次
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内容摘要

近年来,全球对绿色能源普遍关注,风力发电产业的迅速发展,使各国政府、企业、风电开发商开始投资兴建测风塔。为了获取风电场的投资建设所需要的第一手风能评估资料,我国政府于2007年开始规划建设风能资源专业观测网。截至到2009年4月全国已建400座测风塔。然而,拉线式测风塔的缺点十分突出,由于拉线塔主要受力部分为拉线,如果拉线出现节点断裂或节点松动使拉线松弛,都能导致整座测风塔失去平衡而倒塌。另外由于塔身整体刚度较小,而且塔身又比较高,这样在遭遇大风的情况下,由于风荷载的作用,会导致塔身的摇摆,如果这时拉线的初始拉力没有足够大,就会引起塔身的大幅度摇摆,最终引起整座塔倾覆。拉绳销栓脱落、拉绳断裂等产品和安装质量、人为破坏偷盗等导致倒塔的事故,在国内外均有发生。测风塔安全在线监测系统就是在这样需求背景下提出的。随着通信技术的发展,目前许多无线网络技术相继涌现出来,而Zigbee技术是最具有代表性的一项无线个域网络通信技术,由于其协议简单、功耗低、成本低、组网容易等特点,在商业建筑自动控制、家庭网络、玩具和游戏外围设备、工业系统、遥感勘测等领域得到了广阔的应用。而通用分组无线业务GPRS具有信号覆盖范围广、传输数据速度相对较快、通信稳定、永远在线和按流量计费等特点,同时也是一个分组型数据网,支持标准的TCP/IP协议。随着网络的完善,GPRS许多领域得到越来越多的应用。本文通过对Zigbee网络的详细研究,结合测风塔的特殊环境和结构,设计出适用于测风塔安全监测的无线网络。详细描述了Zigbee无线网络组网过程,同时对设备如何建立网络,加入网络等问题进行了详细的剖析。然后,阐述GPRS技术的通信特点与工作基本原理,分析了GPRS网络中的TCP/IP协议。通过UART接口实现了GPRS网络和Zigbee网络一体化结构。最后,介绍了系统的硬件设计和集成方案,Zigbee模块采用了Jennic的JN5139模块,GPRS采用了宏电的H7710模块,拉力传感器采用LD-206型旁压式拉力传感器。根据软件的详细流程实现了上位机和下位机的编程,完成了整个系统的集成。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
第1章绪论  8-11
  1.1 研究背景  8
  1.2 国内外现状分析  8-9
  1.3 研究的科学意义  9-10
  1.4 论文安排  10-11
第2章 Zigbee网络研究  11-30
  2.1 Zigbee简介  11-12
  2.2 Zigbee网络体系结构  12-13
  2.3 Zigbee物理层(PHY层)  13-15
    2.3.1 物理层的扩频调制  13-15
    2.3.2 物理层的数据单元结构  15
  2.4 控制层(MAC层)  15-19
    2.4.1 超帧和信标  16-17
    2.4.2 CSMA-CA算法  17-18
    2.4.3 控制层帧及其结构  18-19
  2.5 网络层  19-24
    2.5.1 网络层数据实体  19-20
    2.5.2 网络层管理实体  20
    2.5.3 网络层帧结构  20-24
  2.6 应用层  24-26
    2.6.1 应用支持子层  25
    2.6.2 应用层框架  25-26
    2.6.3 设备对象  26
  2.7 Zigbee的网络拓扑结构  26-28
    2.7.1 星形网络拓扑结构  26
    2.7.2 树形网络拓扑结构  26-28
    2.7.3 对等网络拓扑结构  28
  2.8 本章小结  28-30
第3章 GPRS技术研究  30-33
  3.1 GPRS简介  30
  3.2 GPRS的TCP/IP协议  30-32
  3.3 GPRS模块的TCP/IP协议栈  32
  3.4 本章小结  32-33
第4章系统设计与硬件集成  33-42
  4.1 系统总体设计  33-34
  4.2 数据采集设计  34
  4.3 组网设计  34-37
    4.3.1 Zigbee组网设计  34-36
    4.3.2 GPRS组网设计  36-37
  4.4 Zigbee硬件系统集成  37-41
    4.4.1 电源  37
    4.4.2 拉力传感器  37-38
    4.4.3 Zigbee通信模块  38-39
    4.4.4 GPRS通信模块  39-41
  4.5 本章小结  41-42
第5章软件设计与实现  42-53
  5.1 下位机软件  42-48
    5.1.1 无线网络的构建  42-46
    5.1.2 数据采集  46-47
    5.1.3 数据传输  47-48
  5.2 上位机软件  48-51
    5.2.1 中心控制软件  49-50
    5.2.2 数据处理软件  50-51
    5.2.3 预警信息发布软件  51
  5.3 本章小结  51-53
总结  53-54
参考文献  54-57
攻读硕士学位期间所发表的论文  57-58
致谢  58-59
个人简介  59

测风塔安全在线监测系统设计与实现

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