面向城市污水监测的WSN无线网关节点设计

发布时间：2017-05-20 08:13

  本文关键词：面向城市污水监测的WSN无线网关节点设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：伴随世界各国在经济上的快速发展以及人口数量的急剧增长,随之而来的是自然环境的日益枯竭,城市水资源的短缺与污染已成为我国最为严重的资源环境问题之一。它不仅严重影响了人民的生产生活与身体健康,还制约了我国经济的可持续发展。在这种情况下,我们就必须采取措施来加大对城市污水的监测力度,改善不断恶化的城市生活环境。然而传统的城市污水监测手段已经不能够满足现代环境监测与信息化管理的需要,因此构建自动化、智能化、网络化的城市污水监测系统势在必行。针对现有城市污水监测手段的不足之处,本文将ZigBee技术应用于城市污水监测中,提出了一种基于WSN的城市污水监测系统。本文首先对该监测系统进行了研究,在此基础上,详细分析了系统的结构与关键技术,设计了面向城市污水监测的WSN无线网关节点。该节点硬件部分采用了集成MCU+射频收发芯片的SOC设计方案,选取CC2530射频芯片作为其微处理器和无线通信模块。其次,主要研究了IEEE802.15.4标准以及ZigBee 2007协议,设计了面向城市污水监测的无线网关节点软件部分,并利用ZigBee2007协议栈的API函数完成下端ZigBee网络的组建和数据传输,并通过AT指令控制GPRS模块实现数据的远程传输。在完成对无线网关节点的硬件和软件设计后,在实验室搭建一个小型的系统平台,分别对无线网关节点的组网、ZigBee通信质量和GPRS传输进行了测试。测试结果表明：本文设计的无线网关节点能够与传感器节点和远程监测中心进行数据的通信传输,硬软件能够满足系统应用要求,结构设计合理,系统运行稳定可靠。
【关键词】：城市污水监测 无线传感器网络 无线网关 节点
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X832;TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 论文研究背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状与发展趋势10-14
• 1.2.1 无线传感器网络研究现状10-11
• 1.2.2 污水监测研究现状11-13
• 1.2.3 发展趋势13-14
• 1.3 研究内容及论文组织结构14-16
• 2 基于WSN的城市污水监测系统方案设计16-28
• 2.1 系统整体功能概述16-19
• 2.1.1 系统架构及工作原理16-18
• 2.1.2 系统主要组成部件18-19
• 2.2 ZigBee无线通信技术19-26
• 2.2.1 几种无线通信方式的比较19-21
• 2.2.2 ZigBee2007协议结构21-24
• 2.2.3 ZigBee网络拓扑简述24-26
• 2.3 GPRS无线通信技术26-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 节点总体方案设计28-37
• 3.1 传感器节点28-33
• 3.1.1 设计方案28-29
• 3.1.2 元器件选型29-33
• 3.2 无线网关节点33-36
• 3.2.1 无线网关节点设计要求34
• 3.2.2 工作原理34-35
• 3.2.3 无线网关节点主要模块的选取35-36
• 3.3 ZigBee网络的拓扑结构36
• 3.4 本章小结36-37
• 4 无线网关节点硬件设计37-50
• 4.1 电路原理图设计37-48
• 4.1.1 无线收发模块38-41
• 4.1.2 天线41-42
• 4.1.3 FLASH模块42
• 4.1.4 JTAG接口模块42-43
• 4.1.5 串口通信模块43
• 4.1.6 液晶显示模块43-44
• 4.1.7 GPRS模块44-46
• 4.1.8 电源模块46-47
• 4.1.9 按键47-48
• 4.2 PCB板设计48-49
• 4.2.1 PCB设计原则48
• 4.2.2 节点PCB设计48-49
• 4.3 本章小结49-50
• 5 无线网关节点软件设计50-70
• 5.1 软件总体设计50-51
• 5.2 节点软件开发平台51-53
• 5.2.1 软件开发环境51-52
• 5.2.2 仿真器52-53
• 5.3 Z-Stack 2007协议栈53-58
• 5.3.1 Z-Stack 2007协议栈架构53-55
• 5.3.2 OSAL操作系统55-56
• 5.3.3 系统初始化56-57
• 5.3.4 操作系统的执行57-58
• 5.4 污水监测系统通信协议58-60
• 5.4.1 无线通信数据格式58-60
• 5.4.2 数据发送方式60
• 5.5 节点软件设计60-69
• 5.5.1 ZigBee协调器组网程序61-64
• 5.5.2 ZigBee通信程序64
• 5.5.3 传感器节点入网程序64-65
• 5.5.4 传感器节点水温采集程序65-66
• 5.5.5 GPRS模块通信程序66-69
• 5.6 本章小结69-70
• 6 系统测试70-78
• 6.1 节点组网测试71-73
• 6.2 节点通讯质量测试73-74
• 6.2.1 空旷场地下通信性能测试73-74
• 6.2.2 障碍场地下通信性能测试74
• 6.3 GPRS通信测试74-77
• 6.4 本章小结77-78
• 7 结论78-80
• 7.1 研究工作总结78
• 7.2 研究工作展望78-80
• 参考文献80-83
• 攻读硕士学位期间发表的论文83-84
• 致谢84-86

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 甘果;;无线传感器网络中的分组融合技术[J];重庆邮电学院学报(自然科学版);2006年03期

2 李金龙,翁修荣,王清发;渭河流域地下水监测与保护[J];地下水;2002年02期

3 刘国忠,王磊,邓文怡,李月强,吕乃光;环境水质远程监测技术研究[J];航空精密制造技术;2003年01期

4 马祖长,孙怡宁,梅涛;无线传感器网络综述[J];通信学报;2004年04期

5 齐文启,陈光,孙宗光;水质环境监测技术和仪器的发展[J];现代科学仪器;2003年06期

6 陈霞,苏彦兵,谈振辉;GSM短消息业务:协议和实现[J];移动通信;2001年03期

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1 董亚超;基于ZigBee技术的无线环境监测网络的开发[D];大连理工大学;2008年

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本文编号：381054