基于物联网的组合式传感器的研究及应用

发布时间：2017-05-24 15:11

  本文关键词：基于物联网的组合式传感器的研究及应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着物联网行业发展的不断深入,对接入的基础数据的可靠性和精度提出了更高的要求。根据温度传感器的种类特点可知,单一敏感材料的温度传感器很难兼顾良好的静态特性与动态特性,很难获得速度快、精度高、稳定性好的测量结果。如何利用现有的传感器资源快速准确地获得待测系统温度是当前科研的一个热点。本课题通过对组合式传感器原理的研究,在前期广泛测试的基础上,结合各种温度传感器的优缺点,将金属铂电阻Pt100与半导体材料中的热敏电阻作为组合传感器的材料。通过对数据融合算法的分类研究,着重对常用于组合惯性导航系统的卡尔曼滤波算法及联邦卡尔曼算法进行了分析,提出了基于联邦卡尔曼滤波算法的组合式温度传感器模型,给出了基于联邦卡尔曼算法的组合式温度传感器的算法步骤,并对算法进行了试验仿真。仿真结果表明本课题设计的组合式温度传感器,在稳定性和灵敏度两个指标上都获得了较好的结果。为验证组合式温度传感器的实际应用的有效性,给出了组合式温度传感器的在物联网中的应用设计。相对于传统广泛的有线连接,本设计借助于Zig Bee无线通信技术和微电子技术,实现了传感器数据高效稳定的无线传输,并通过无线温度监控系统完成了对温度的监控。针对当前传感器技术的发展要求,根据各种传感材料的优势进行组合设计是一种很好的传感器设计方案。本课题将有较好的测温稳定性的铂电阻和较好的快速响应能力的热敏电阻进行组合,然后使用联邦卡尔曼滤波算法进行数据融合处理,得到了一种具有比单纯铂电阻和热敏电阻更好性能的组合式温度传感器,最后基于物联网的无线ZigBee传感器网络完成了组合式温度传感器数据的采集、传输。目前,物联网技术与多传感器数据融合技术发展迅速,在数据融合和物联网技术基础上,研究基于物联网的组合式传感器具有重要的理论和现实意义。
【关键词】：组合式传感器 数据融合 物联网 ZigBee联邦卡尔曼算法
【学位授予单位】：青岛科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.44;TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 课题研究背景和意义9
• 1.2 国内外研究现状9-12
• 1.2.1 组合式传感器研究现状9-10
• 1.2.2 物联网技术的研究现状10-11
• 1.2.3 数据融合的研究现状11-12
• 1.3 本文研究内容和工作安排12-13
• 1.3.1 研究内容12-13
• 1.3.2 章节安排13
• 1.4 本章小结13-14
• 2 多传感器数据融合算法14-24
• 2.1 数据融合概述14-18
• 2.1.1 数据融合过程15
• 2.1.2 数据融合的结构15-17
• 2.1.3 数据融合的层次划分17-18
• 2.2 卡尔曼算法原理18-20
• 2.2.1 卡尔曼算法步骤18-19
• 2.2.2 卡尔曼滤波参数的设置分析19-20
• 2.3 联邦卡尔曼算法20-22
• 2.3.1 联邦卡尔曼算法结构20
• 2.3.2 联邦卡尔曼数据融合步骤20-22
• 2.4 卡尔曼与联邦卡尔曼算法比较22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 3 组合式温度传感器设计24-36
• 3.1 组合式传感器原理24-25
• 3.2 组合式温度传感器材料的选择25-27
• 3.2.1 铂电阻的优点与缺点25-26
• 3.2.2 热敏电阻的优点与缺点26-27
• 3.3 组合式温度传感器的结构设计27
• 3.4 组合传感器的算法设计27-29
• 3.5 实验仿真29-35
• 3.5.1 实验仪器选择29-31
• 3.5.2 实验仿真31-35
• 3.6 本章小节35-36
• 4 基于物联网的组合式温度传感器的应用36-62
• 4.1 测温系统分析36-37
• 4.2 系统整体结构与方案37-41
• 4.2.1 无线通信方式的选择37-38
• 4.2.2 Zig Bee协议特点38-39
• 4.2.3 Zig Bee网络结构39-40
• 4.2.4 系统整体结构40-41
• 4.3 硬件系统设计41-44
• 4.3.1 Zig Bee模块的选择41-42
• 4.3.2 温度采集节点模块设计42-43
• 4.3.3 路由器节点硬件设计43
• 4.3.4 数据接收节点硬件设计43-44
• 4.4 软件系统的设计44-54
• 4.4.1 Z-Stack的协议栈的工作机制44-45
• 4.4.2 温度采集节点模块软件设计45-46
• 4.4.3 路由器节点软件设计46
• 4.4.4 数据接收节点软件设计46-47
• 4.4.5 上位机软件的设计47-51
• 4.4.6 数据库设计51-53
• 4.4.7 上位机软件的工作流程53-54
• 4.5 系统测试54-61
• 4.5.1 测试设备及工具54-56
• 4.5.2 温度采集节点测试56-57
• 4.5.3 上位机功能测试57-61
• 4.5.4 测试结果61
• 4.6 本章小结61-62
• 总结和展望62-64
• 总结62-63
• 展望63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 攻读学位期间发表的学术论文69-70

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张皓;裴勉;肖凡;谢金芝;;基于卡尔曼滤波的柔性负荷预测与调节模型[J];电气开关;2015年05期

2 代成斌;万功伟;;运营商逐步理清发展模式及策略 抢占物联网产业竞争一席之地[J];世界电信;2015年10期

3 冯艳如;孙运强;;Zigbee无线组网技术的研究[J];火控雷达技术;2015年03期

4 张桥;;基于模糊神经网络的智能车辆避障方法研究[J];农业装备与车辆工程;2015年04期

5 郑箭峰;王小明;;25K(T)型客车空气弹簧泄漏在线检测装置研究[J];铁道科学与工程学报;2015年01期

6 曹萌;李建辰;国琳娜;黄海;洪剑英;;自适应联邦滤波算法在鱼雷多参量导航定位中的应用[J];鱼雷技术;2014年06期

7 李丽华;彭军还;;基于整形多卡尔曼滤波模型的GPS实时变形分析(英文)[J];Transactions of Nonferrous Metals Society of China;2014年11期

8 刘虹;刘波;;特种信息作战飞机通信和协同技术展望[J];电讯技术;2014年10期

9 韩晓颖;;浅析物联网及其应用展望[J];网友世界;2014年14期

10 单丽萍;兰时勇;张建伟;;浮动车数据和视频传感器数据的融合算法分析[J];计算机工程与设计;2014年03期

  本文关键词：基于物联网的组合式传感器的研究及应用，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：391147