可燃气泄漏监测无线传感器网络的系统设计

发布时间：2017-05-29 10:09

  本文关键词：可燃气泄漏监测无线传感器网络的系统设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：化学工业是我国经济发展的命脉。有毒有害化学品在化学工业中的应用规模正在逐步扩大。出于对安全生产意识的关注以及各种信息技术的不断进步，针对有毒有害化工原料的监测也实现了信息化和网络化。可燃气很多具有爆炸性和毒性，它的泄漏将会威胁到人身安全，造成重大的财产损失。本文结合国家相关行业要求及实际生产需要，在分析了可燃气检测技术和无线传感器网络发展的基础上，设计了可燃气泄漏监测无线传感器网络的系统。 本文以ZigBee自组织网络为无线通信核心架构，完成了星型网络拓扑结构设计；设计了简单实用的通信协议，并采用同步休眠机制对其进行优化；利用增强型ZigBee模块设计了中心节点，作为监测终端和上位机界面数据传输的中介；在VB6.0平台下开发了沟通友好的人机交互界面，实现监测现场环境参数的实时监测、可燃气浓度越线报警、动态曲线绘制、历史数据查询等功能。 硬件设计中，采用MSP430F149单片机作为核心处理器，设计了传感器监测终端和中心节点。监测终端的监测探头采用催化燃烧式可燃气传感器，并设计了相关的变送电路，终端同时具有显示和报警功能。终端的底层驱动程序在IAR平台上编写，嵌入了浓度拟合算法，提高了监测终端数据监测的准确性。 样机设计完成后，对其进行标定测试，，并对零点漂移、系统误差、响应时间、通信距离、丢包率等参数指标开展环境试验，最后对整个系统进行通信组网功能测试。 经实际测试可知，该系统组网能力强，运行稳定可靠，能够满足可燃气泄漏监测的国家相关行业指标。优化的通信协议降低了系统功耗，模块化的设计增强了系统的灵活性与可扩展性。本文中搭建的气体泄露监测系统满足设计要求，具有良好的科研价值及市场应用前景。
【关键词】：可燃气泄漏监测 无线传感器网络 通信协议优化 星型拓扑
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题研究的背景及意义11-13
• 1.2 相关领域的国内外研究现状13-17
• 1.2.1 可燃气的检测技术13-15
• 1.2.2 无线传感器网络技术15-17
• 1.3 课题来源及主要内容17-18
• 1.3.1 课题来源17
• 1.3.2 本文研究的主要内容17-18
• 第2章 系统的总体结构18-24
• 2.1 系统的设计要求18-19
• 2.2 系统总体设计方案19-20
• 2.2.1 系统总体布局结构19-20
• 2.2.2 无线通信方案20
• 2.3 系统主要器件选型20-23
• 2.3.1 微处理器选型20-21
• 2.3.2 可燃气传感器选型21-22
• 2.3.3 温湿度传感器选型22
• 2.3.4 无线通信模块选型22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 系统的硬件设计24-35
• 3.1 监测终端的硬件设计方案24-25
• 3.2 传感器模块设计25-27
• 3.2.1 催化燃烧式传感器变送电路的设计25-26
• 3.2.2 温湿度模块接口电路26-27
• 3.3 显示报警模块的设计27-29
• 3.3.1 液晶显示接口电路27-28
• 3.3.2 按键接口电路及声光报警电路28-29
• 3.4 系统电源及无线通信接口设计29-32
• 3.4.1 供电电路29-30
• 3.4.2 充电电路30-31
• 3.4.3 电量检测电路31-32
• 3.4.4 无线通信模块接口电路32
• 3.5 中心节点的硬件设计32-34
• 3.5.1 中心节点硬件设计方案32-33
• 3.5.2 串行通信接口电路设计33-34
• 3.6 本章小结34-35
• 第4章 系统的软件设计35-43
• 4.1 系统软件整体结构概述35
• 4.2 无线通信协议软件设计35-37
• 4.2.1 数据帧格式35-36
• 4.2.2 无线通信协议的优化36-37
• 4.3 监测终端软件设计37-40
• 4.3.1 监测终端的总体软件设计37-38
• 4.3.2 可燃气浓度采集子程序设计38-39
• 4.3.3 声光报警子程序设计39
• 4.3.4 USART 通信子程序设计39-40
• 4.4 监控中心界面设计40-42
• 4.5 本章小结42-43
• 第5章 系统的功能测试与分析43-56
• 5.1 系统测试环境43-44
• 5.2 系统标定44-46
• 5.3 系统性能测试及分析46-49
• 5.3.1 系统的零点漂移46
• 5.3.2 系统的示值误差46-48
• 5.3.3 系统的响应时间48
• 5.3.4 系统的分辨率48-49
• 5.4 系统功耗分析49-50
• 5.5 系统通信组网测试50-55
• 5.5.1 通信组网功能测试51-54
• 5.5.2 通信距离测试54
• 5.5.3 通信丢包率测试54-55
• 5.6 本章小结55-56
• 结论56-57
• 参考文献57-60
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文60-61
• 致谢61

【参考文献】

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本文编号：404679