基于ZigBee的供水管道监测节点的设计

发布时间：2017-05-24 11:11

  本文关键词：基于ZigBee的供水管道监测节点的设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国经济的快速发展和城镇化进程不断加快,人们对水资源的需求不断加大,对水的安全问题更加关注,这就对供水管道的安全提出了更高要求。但是,我国的供水管道运输仍因管道腐蚀老化、技术不成熟或其他意外而造成普遍的泄漏问题,水的污染也屡治不止,存在大量的安全隐患。因此,研制一种安全、可靠、造价低廉的供水管道监测节点对于供水管道网络的安全运行、避免水资源的浪费是非常必要的。本文通过比较国内外各种泄漏检测和定位技术以及它们实际运用的例子,选择负压波法通过检测管道内的压力瞬变来检测泄漏,当判定泄漏发生时开始采集管道内声波信号,以备后期采用声波法定位泄漏点;同时通过电位法检测管道内p H值变化,为泄漏检测和水质监测提供依据。本文分析了管道内泄漏负压波、声波的产生机理,详细介绍了用负压波法检测泄漏、用声波法定位泄漏的原理及泄漏声波信号的信号特征,介绍了检测p H值的原理。在以上研究的基础上设计了一种基于Zig Bee的供水管道监测节点,该节点由水压传感器、压力信号采集模块、声波传感器、声波信号调理模块、p H值传感器、p H值采集模块、时间同步模块、电源模块以及其他模块等组成。其中为了解决管道内声波信号环境噪声复杂、声波经过长距离传播后衰减较大的问题,声波调理模块包含了放大和滤波的功能,用Multisium软件仿真了该电路的幅频和相频特性。本文的软件分为节点软件和上位机软件,节点软件由IAR Embedded Workbench For ARM软件用C语言编写,各个节点的程序是在Z-Stack的基础上编写的,本文给出了节点监测泄漏和p H值异常的总体过程以及上位机处数据处理中心定位泄漏点的总体过程,描述了组成无线传感器网络的协调器、路由器和终端节点的软件流程,给出了数据采集、GPS时间同步、串口通信等各种功能模块的软件流程。上位机软件采用Lab VIEW编写,主要实现串口通信、管道数据显示、数据存储与调用功能。本文给出了串口通信、管道数据显示、数据存储与调用功能各个功能模块的程序框图。经实验,验证了供水管道监测节点用于检测供水管道泄漏、检测管道内水质变化的可行性,经仿真和实际实验验证了声波信号调理电路的有效性,验证了供水管道监测节点无线传感器网络连接的有效性和可靠性。本文所述节点对检测管道内泄漏状况和水质状况具有重要的参考作用,实现了设计的预期目标。
【关键词】：管道监测节点 管道泄漏检测与定位 Zig Bee 负压波法 声波法
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU991.62;TN92
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-19
• 1.1 课题背景及研究意义9-10
• 1.2 管道泄漏检测方法及现状10-16
• 1.2.1 基于硬件检漏法11-12
• 1.2.2 软硬件结合检测法12-14
• 1.2.3 管道监测技术应用现状14-16
• 1.3 论文的主要内容和工作安排16-19
• 第2章 理论基础19-25
• 2.1 负压波法检测管道泄漏的原理19
• 2.2 声波法定位管道泄漏的原理及泄漏声波信号特征19-22
• 2.3 pH值检测的原理22-23
• 2.4 小结23-25
• 第3章 供水管道监测节点硬件设计25-41
• 3.1 供水管道监测节点总体概述25-26
• 3.2 供水管道监测节点硬件设计26-40
• 3.2.1 传感器选型26-29
• 3.2.2 主控与模数转换模块29-31
• 3.2.3 压力信号采集模块31-32
• 3.2.4 声波信号调理模块32-33
• 3.2.5 pH值采集模块设计33-35
• 3.2.6 时间同步模块35-36
• 3.2.7 电源模块36-38
• 3.2.8 其它模块38-40
• 3.3 小结40-41
• 第4章 供水管道监测节点软件设计41-55
• 4.1 供水管道监测节点相关软件设计41-51
• 4.1.1 供水管道监测节点总体程序设计41-44
• 4.1.2 网络协调器节点程序设计44-45
• 4.1.3 路由器节点程序设计45-46
• 4.1.4 终端节点程序设计46-47
• 4.1.5 数据采集部分程序47-48
• 4.1.6 GPS时间同步程序设计48-50
• 4.1.7 串口通信程序设计50-51
• 4.2 供水管道监测节点上位机程序设计51-54
• 4.3 小结54-55
• 第5章 供水管道监测节点的调试和实验结果55-63
• 5.1 供水管道监测节点的调试55-56
• 5.2 供水管道监测节点实验56-62
• 5.3 本章小结62-63
• 第6章 结论63-65
• 参考文献65-71
• 作者简介及科研成果71-73
• 致谢73

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