无线传感网络水质监测节点设计与节点部署研究

发布时间：2017-05-20 15:01

  本文关键词：无线传感网络水质监测节点设计与节点部署研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：针对当前水资源短缺和水污染严重的现状,以及常规水质监测污染防治不及时的问题,简述了无线传感网络在水质监测应用上的优势和挑战,并对在该应用背景下,无线传感网络所面临的几个关键问题进行研究。研究内容主要围绕无线传感网络的基本对象——水质监测节点展开,对节点的设计和节点的部署进行了研究。主要工作内容包括以下几个方面:(1)从水质监测的主要目的出发,对无线传感网络水质监测系统的功能需求进行分析,设计监测系统的总体框架。参考当前我国环境保护部发布的各种水环境质量保护标准以及当前的技术手段,选定待测的水质参数并对节点的总体方案进行设计。从功能模块出发对节点的硬件、软件进行详细设计。硬件包括各个功能模块的设计,传感器的选型,信号调理电路的分析设计,电源模块的设计。软件包括在OSCL操作系统下,数据汇聚节点的软件编写以及水质监测节点定时采集程序的编写。对制作的水质监测节点进行功能测试,测试了节点的通信能力,监测的水质数据精度等。测试结果表明,设计的节点能够有效采集相对应的水质参数,并通过无线传感网络发送到上位机进行显示。(2)在节点部署方面,将当前应用在水环境监测的节点部署策略划分为二维部署和三维部署,指出三维部署是日后节点部署的重点研究方向。提出了一种解决网络能耗不均衡问题的节点三维部署算法,从网络的生存时间和网络的能量消耗两方面对算法进行了分析和仿真,结果表明,设计的算法可以在保证网络覆盖要求的前提下,控制节点部署的密度,均衡节点的能量消耗,延长网络寿命。
【关键词】：无线传感网络 水质监测 节点设计 节点部署
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5;X832
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 研究的目的与意义9-11
• 1.1.1 水质自动监测的目的与意义9-10
• 1.1.2 无线传感网络在水质自动监测领域的优势和挑战10-11
• 1.2 无线传感网络在水质自动监测领域的应用研究现状11-14
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12-14
• 1.3 无线传感网络应用于水质监测的关键问题14-16
• 1.3.1 无线传感网络水质监测节点研究14-16
• 1.3.2 无线传感网络水质监测节点部署策略研究16
• 1.4 论文的主要内容与组织结构16-19
• 2 无线传感网络水质监测系统分析与设计19-27
• 2.1 系统功能需求分析19
• 2.2 无线传感网络水质监测系统框架设计19-20
• 2.3 水质监测标准及参数20-23
• 2.3.1 水质监测标准20-22
• 2.3.2 水质参数说明22-23
• 2.4 无线传感网络水质监测节点总体设计23-25
• 2.4.1 水质监测节点功能需求分析23-24
• 2.4.2 水质监测节点设计方案24-25
• 2.5 无线传感网络水质监测节点部署分类25-26
• 2.6 本章小结26-27
• 3 无线传感网络水质监测节点设计27-47
• 3.1 水质监测节点硬件设计27-37
• 3.1.1 硬件选型27-30
• 3.1.2 Zigbee模块设计30-33
• 3.1.3 水质检测模块设计33-36
• 3.1.4 电源模块设计36-37
• 3.2 水质监测节点软件设计37-46
• 3.2.1 Z-Stack协议栈37-40
• 3.2.2 数据汇聚节点软件设计40-42
• 3.2.3 传感器节点软件总体设计42-43
• 3.2.4 传感器节点定时采集任务程序设计43-46
• 3.3 本章小结46-47
• 4 无线传感网络水质监测节点的测试与抗干扰设计47-55
• 4.1 无线传感网络水质监测节点通信测试47-48
• 4.1.1 点对点单跳测试47
• 4.1.2 组网测试47-48
• 4.2 水质监测模块感测数据处理48-50
• 4.2.1 温度传感器48-49
• 4.2.2 pH传感器校准49-50
• 4.2.3 电导电极的校准50
• 4.3 系统集成测试50-52
• 4.3.1 试验系统50-51
• 4.3.2 水质监测数据精度分析51-52
• 4.4 节点的抗干扰设计52-53
• 4.4.1 水质监测节点的干扰源分析52-53
• 4.4.2 硬件抗干扰措施53
• 4.4.3 软件抗干扰措施53
• 4.5 本章小结53-55
• 5 无线传感网络水质监测节点部署设计55-67
• 5.1 无线传感网络水质监测节点部署概述55-56
• 5.2 无线传感网络水质监测节点三维空间优化部署设计56-66
• 5.2.1 UWSN概述56
• 5.2.2 UWSN网络结构模型56-57
• 5.2.3 节点三维空间部署目标57
• 5.2.4 节点三维空间部署约束条件57-58
• 5.2.5 节点三维感知模型58
• 5.2.6 节点水声通信能耗模型58-60
• 5.2.7 节点三维稀疏部署能量不均衡消耗分析60-61
• 5.2.8 节点三维优化部署算法61-63
• 5.2.9 节点三维优化部署算法仿真63-66
• 5.3 本章小结66-67
• 6 总结67-69
• 6.1 本文主要工作总结67-68
• 6.2 研究不足及展望68-69
• 致谢69-71
• 参考文献71-75
• 作者在读期间的研究成果75

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 秦伯强;朱广伟;张运林;李未;吴挺峰;;高频无线自动监测技术在湖泊蓝藻水华监测和预测中的应用[J];科研信息化技术与应用;2010年03期

2 刘星桥;曾毓楠;季峰;;基于SOC单片机的pH值检测与控制[J];微计算机信息;2008年05期

3 蒋鹏;陈峰;;基于表面均匀配置的UWSNs覆盖控制方法研究[J];仪器仪表学报;2008年12期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 吴晓培;传感器网络的部署以及节能研究[D];电子科技大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 杜承虎;太湖水体透明度远程监测系统的研究与应用[D];苏州大学;2011年

2 呼娜;基于无线传感器网络的水质监测系统研究[D];西安建筑科技大学;2012年

  本文关键词：无线传感网络水质监测节点设计与节点部署研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：381939