基于移动终端的无线气象传感网测控系统设计与实现
发布时间：2020-06-19 10:28
【摘要】：气象监测在农业生产、工业发展、交通运输、环境保护、军事行动、航空航天等诸多方面有着举足轻重的地位,并且与人们的日常生活密切相关。而气象采集地点常在野外,并且分布地点较多,人工到达检测地点费时费力。利用无线传感网技术可以实现使分布在各地的气象传感器通过无线方式自动上传数据的功能,以达到省时省力地进行气象信息采集及管理的目的。除此之外,随着移动互联网的快速发展,人们越来越依赖于利用智能移动终端进行远程信息交换。因此,将移动互联网与气象传感网相结合,形成基于移动平台的无线气象传感网测控系统将是气象监测领域的一个重要发展方向。目前,国内已经有了一些关于利用智能移动终端实现气象测控的研究,但在该方向上的研究数量还较少,仍需要进一步的研究。本文设计并实现了一种基于移动终端的无线气象传感网测控系统。移动终端可以通过TCP/IP网络连接到基于ZigBee通信的气象传感器网络,也可以通过蓝牙直接连接到气象传感器节点。该系统的功能包括:各节点实时数据的请求与显示、历史数据的请求与历史数据的图表显示、节点电量查询、节点时间查询与校准、节点采集间隔的查询与修改、节点低功耗模式的开启。本文完成的工作主要包括:通过调研设计了该测控系统的网络结构及软硬件架构;通过对TCP/IP网络与ZigBee网络间网关模块的设计以及对移动测控终端的设计,实现了测控系统的通信功能;设计实现了移动测控终端的各项具体功能;对测控系统进行了功能及性能的测试、分析与优化,最终得到满足设计指标要求的实物模型。其中,智能移动终端使用Android手机,利用Eclipse进行软件设计;网关模块的软件部分使用Keil设计实现,硬件电路及版图使用Altium Designer设计实现。本文所设计的测控系统经多次测试与优化后,已达到设计指标要求的各项功能,且在所实现的两种通信方式中通信丢包率均小于10%。测控系统所实现的不同协议的网络间通信、兼容节点定时休眠的通信、兼容TCP/IP与蓝牙连接、移动终端对气象数据的处理与显示等功能的设计思路对于以后关于利用移动终端实现气象传感网数据测控的设计与研究也具有一定的参考价值。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212.9;TN929.5;P415
【图文】：
络进行进一步的网格划分而达到减少传感网功耗的思路[10]，如图1-1 所示。图1-1 对传感器网络的进一步网格划分示意图[10]无线传感器网络在环境监测领域、建筑结构监测领域、医疗服务领域、智能交通领域、军事领域、智慧家庭领域等多种领域都有应用以及广阔的发展空间，气象监测就属于环境监测领域的一个重要方面。气象传感网技术的研究在气象领域发展继承于智能气象站。国外很多国家从20世纪40 年代就开始了对智能气象站的研究。到90 年代后，很多国家逐步建立起完整的自动观测网，将自动气象站投入业务使用。我国的智能气象站研究开始于20 世纪50 年代，起步相较于国外较晚。到2005 年，全国很多地区将自动气象站投入使用，并实现了组网。目前国内的系统建设已经初具规模，但相比起国外仍有差距，主要体现在：气象要素有限、传感器使用的传感技术较为落后、系统为封闭系统。目前对于气象传感器网络的研究热点主要在于气象传感器节点设计、数据处理设计、管理平台设计、系统架构设计、传输协议及多协议网关设计这几个方面[11-18]。2014 年，南京信息工程大学的杨亦洲等人设计了基于ModBus 协议和ZigBee 网络的无线气象传感器并实现组网通信
第一章 绪论3图1-2 气象传感器网络的体系结构[17]目前也有一些关于利用移动终端实现测控的研究。2014 年，南京信息工程大学的韩吉等人设计了一种基于Android 的气象无线传感网监测系统，Android 客户端通过WebSocket 与气象监测系统的服务器相连进而实现对气象传感网的信息监测[12]。调研发现在利用移动终端进行气象传感网信息测控这一方面的研究数量还较少，考虑到移动设备应用的潮流，对利用移动终端进行气象数据测控的研究还是很有必要的。未来对无线气象传感网研究的挑战主要存在以下三个方面：第一，由于节点多用干电池供电，节点功耗将依然成为一个挑战。第二，由于无线气象传感器网络中的节点数量较多，故降低每个节点的成本也是一大挑战。第三，由于气象传感器节点部署常在野外，故节点的安全性及抗干扰性也是十分重要的。1.3 研究内容与设计指标1.3.1 研究内容本课题的研究内容是希望利用 ZigBee、通用分组无线服务技术(General Packet RadioService, GPRS)、Android、蓝牙等技术搭建一个由移动终端远程控制的无线气象传感网测控系统。该系统需要实现移动测控终端通过直接或间接的方式实现与气象传感器网络的连接及通信，并实现移动测控终端对无线气象传感网系统的控制及数据查询功能。课题的主要研究内容包括：（1）移动终端客户端的编程
本文编号：2720669
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TP212.9;TN929.5;P415
【图文】：
络进行进一步的网格划分而达到减少传感网功耗的思路[10]，如图1-1 所示。图1-1 对传感器网络的进一步网格划分示意图[10]无线传感器网络在环境监测领域、建筑结构监测领域、医疗服务领域、智能交通领域、军事领域、智慧家庭领域等多种领域都有应用以及广阔的发展空间，气象监测就属于环境监测领域的一个重要方面。气象传感网技术的研究在气象领域发展继承于智能气象站。国外很多国家从20世纪40 年代就开始了对智能气象站的研究。到90 年代后，很多国家逐步建立起完整的自动观测网，将自动气象站投入业务使用。我国的智能气象站研究开始于20 世纪50 年代，起步相较于国外较晚。到2005 年，全国很多地区将自动气象站投入使用，并实现了组网。目前国内的系统建设已经初具规模，但相比起国外仍有差距，主要体现在：气象要素有限、传感器使用的传感技术较为落后、系统为封闭系统。目前对于气象传感器网络的研究热点主要在于气象传感器节点设计、数据处理设计、管理平台设计、系统架构设计、传输协议及多协议网关设计这几个方面[11-18]。2014 年，南京信息工程大学的杨亦洲等人设计了基于ModBus 协议和ZigBee 网络的无线气象传感器并实现组网通信
第一章 绪论3图1-2 气象传感器网络的体系结构[17]目前也有一些关于利用移动终端实现测控的研究。2014 年，南京信息工程大学的韩吉等人设计了一种基于Android 的气象无线传感网监测系统，Android 客户端通过WebSocket 与气象监测系统的服务器相连进而实现对气象传感网的信息监测[12]。调研发现在利用移动终端进行气象传感网信息测控这一方面的研究数量还较少，考虑到移动设备应用的潮流，对利用移动终端进行气象数据测控的研究还是很有必要的。未来对无线气象传感网研究的挑战主要存在以下三个方面：第一，由于节点多用干电池供电，节点功耗将依然成为一个挑战。第二，由于无线气象传感器网络中的节点数量较多，故降低每个节点的成本也是一大挑战。第三，由于气象传感器节点部署常在野外，故节点的安全性及抗干扰性也是十分重要的。1.3 研究内容与设计指标1.3.1 研究内容本课题的研究内容是希望利用 ZigBee、通用分组无线服务技术(General Packet RadioService, GPRS)、Android、蓝牙等技术搭建一个由移动终端远程控制的无线气象传感网测控系统。该系统需要实现移动测控终端通过直接或间接的方式实现与气象传感器网络的连接及通信，并实现移动测控终端对无线气象传感网系统的控制及数据查询功能。课题的主要研究内容包括：（1）移动终端客户端的编程
【参考文献】
相关期刊论文 前5条
1 甘志强;王科;杨志勇;魏春秀;匡昌武;;基于ZigBee技术的低功耗智能气象传感器设计[J];电子测量技术;2015年02期
2 杨亦洲;周杰;杜景林;;基于ModBus协议和ZigBee网络的气象无线传感网设计[J];电子技术应用;2014年10期
3 马金钢;朱晓林;李延斌;郑君杰;;气象传感器网络系统架构与体系结构研究[J];计算机技术与发展;2014年12期
4 王建平;周辰飞;朱程辉;徐晓冰;;一种ZigBee-TCP/IP无缝网关模型[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2013年09期
5 范永健;陈红;张晓莹;;无线传感器网络数据隐私保护技术[J];计算机学报;2012年06期
本文编号：2720669
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