无线传感网气象信息采集与处理系统设计与实现

发布时间：2020-07-22 22:18

【摘要】：气象数据在人们日常生活、军事以及其他许多行业中都十分重要,而如何通过现有的技术手段智能化地获取这些气象数据是一个重要的研究方向。本课题将ZigBee和GPRS作为通信方式,充分利用部署方便、灵活的无线传感器网络技术,又利用可以扩展无线传感器网络数据传输距离的GPRS无线传输技术,设计并实现无线传感网气象信息采集节点以及配套的气象信息采集与处理上位机软件,最终研制出无线传感网气象信息采集与处理系统。本文具体工作如下:(1)气象信息采集节点的设计与实现。选取C8051F410单片机作为控制核心,设计气象信息采集节点硬件。节点包含电源模块、ZigBee终端模块、存储模块等模块,并选取本实验室的热式风速计模块来采集风速风向。使用模块化的思想设计气象信息采集节点的软件,并设计ZigBee终端设备休眠降低功耗的方法。节点可以采集、存储和上传风速、风向等气象信息,也可以执行上位机的命令。(2)气象信息采集与处理上位机软件的设计与实现。选取C#语言作为编程语言,在对软件进行需求分析后,对其进行了整体设计、划分模块和程序编写。上位机可以实现气象数据的上传与存储、节点的管理、气象数据的统计分析等功能。上位机与ZigBee网关需要通信,为此设计了串口、GPRS两种通信方式,为提高通信质量,使用一种自动通信模式发送命令、接收数据。(3)最后对整个系统进行了测试。节点可以组成ZigBee网络、休眠降低功耗,可以采集、存储和上传气象数据,上位机可以管理节点,可以获取、存储气象数据,也可以对气象数据进行统计分析,整个系统数据采集成功率能达到90%,基本达到系统设计要求。本课题研发的无线传感网气象信息采集与处理系统经过了功能、性能的测试,该系统基本达到设计的指标和要求,而且系统工作稳定,实时性较好,功耗低,通信距离长,灵活性高,适合对气象进行监测,对类似的气象信息采集与处理系统也有一定的参考价值。
【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】：P409;TP212.9;TN92
【图文】：

图 3-2 C8051F410 原理框图.2 电源模块节点的电源模块为微控制器、存储芯片、风速风向传感器及其应用电路、蓝牙模块、485和 ZigBee 模块提供 3.3V 电压，在节点的设计中起着极其重要的作用。电源模块S1117-3.3 线性低压降稳压器，输入电压范围宽，从 4.75 到 15V 都可以，在 1A 电流下压降为 止电流过大和芯片过热，芯片内部含有限流和过热保护电路。本系统节点的电压转换电路3-3 所示。

2.15.4/ZigBee 技术，采用符合 24GHz IEEE802.15.4 标感网数据传输功能。该模块具有以下优点[39]：用。模块内部芯片、电阻电容等元器件都是工业级以使模块唤醒和休眠；模块支持的电源输入范围是保证模块稳定运行，防止模块长时间处于非正常工术手段，使得数据终端不会掉线。以通过命令配置，将模块配置为 ZigBee 三种不同网方式——MESH 型网络，可以指定地址向某个 外空旷的地方，两个节点间的通信距离最大为 200API 模式。8913D-E 是一种 ZigBee 串口透传模块，稍微对 Zig可轻松使用该模块。。通过串口即可实现数据在不同节点间的传输。

东南大学工程硕士学位论文（2）配置一定数量的 F8913D-E 为路由设备、终端设备，网络地址可以由网络随机分配或置，选择和协调器一样的物理信道和网络号，它们根据配置的物理信道被动扫描，加入 Z络。（3）ZigBee 网络中三种设备根据网络地址进行数据发送和接收。单片机和 F8913D-E 模块（该模块被配置为 ZigBee 终端设备了）连接电路图如图 3-5 所示5 为 ZigBee 模块。

【参考文献】

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1 李磊;章德g

本文编号：2766436