基于WSN的城市暴雨积涝水位监测关键技术

发布时间：2017-07-07 01:04

  本文关键词：基于WSN的城市暴雨积涝水位监测关键技术

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【摘要】：本课题旨在将新兴的无线传感器网络(WSN)技术融入传统的基于GIS的城市暴雨积涝预警系统中,使得系统能够快速获取准确的水位信息并根据水位信息进行预警,从而能够更大程度地保障暴雨等极端天气下人们的生命财产安全。本文所研究的内容为基于WSN的城市暴雨积涝水位监测关键技术,针对城市暴雨积涝预警系统中水位数据的实时获取提出了一套完整的方案,为水位数据的采集、自组织网络的建立和数据的处理提供了有效的实现方法,同时在实验基地对整个水位监测系统进行了全面有效的测试,验证了该系统的有效性和可靠性。本课题的工作内容主要包括以下几个方面：在对城市暴雨积涝水位监测系统的需求做了相关分析后,以WSN技术为技术背景设计了一套应用于水位监测系统的技术方案；完成各个关键设备的硬件设计,包括水位采集节点、网关、中继节点和基站,给出了详细的设计方案并对各个设备进行了测试;基于应用于无线传感器网络的嵌入式操作系统TinyOS开发了水位监测系统中各个硬件设备的程序,包括水位传感器的驱动以及水位数据的处理和传输,网关和中继节点的数据传输,基站对数据的处理以及监控终端对监测区域内的水位采集节点采样频率的控制,并对各个设备进行测试；根据水位监测系统的事件驱动型应用特点和需求,提出了适用于水位监测系统的自组织路由算法,并基于TinyOS的组件模型实现了该算法,最后利用若干节点对此算法进行测试,测试结果表明,此自组网算法是可行的；完成了水位监测系统在江苏省金坛市综合实验基地的安装和测试,总体测试结果证明了系统可以对水位数据实现实时监测,系统运行稳定。
【关键词】：WSN 水位监测 TinyOS 自组织 路由算法
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP212.9;TN929.5;TP274
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-16
• 1.1 课题的研究背景和意义12
• 1.2 课题的国内外研究现状12-13
• 1.3 课题的研究内容13-14
• 1.4 本文的组织结构安排14-16
• 第二章 总体方案及WSN关键硬件设计16-24
• 2.1 需求分析16
• 2.2 系统总体架构16-17
• 2.3 关键设备设计方案及性能指标17-18
• 2.4 水位监测系统WSN关键硬件设计18-23
• 2.4.1 水位采集节点硬件设计18-21
• 2.4.2 网关和中继节点硬件设计21-22
• 2.4.3 基站硬件设计22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第三章 TinyOS操作系统与nesC语言24-31
• 3.1 TinyOS操作系统24-27
• 3.1.1 TinyOS的组件模型24
• 3.1.2 TinyOS的两级调度模式24-26
• 3.1.3 TinyOS的主动消息通信模型26-27
• 3.2 nesC语言27-29
• 3.3 nesC语言组件编译29-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第四章 水位监测系统WSN软件设计31-50
• 4.1 水位采集节点软件设计31-41
• 4.1.1 水位传感器的通信协议和命令31-32
• 4.1.2 基于TinyOS的水位传感器驱动设计32-34
• 4.1.3 水位采集节点的滤波软件设计34-36
• 4.1.4 水位采集节点的运行过程36-37
• 4.1.5 基于TinyOS的水位采集节点程序设计37-41
• 4.2 网关软件设计41-43
• 4.2.1 网关的运行过程41-42
• 4.2.2 基于TinyOS的网关的程序设计42-43
• 4.3 中继节点软件设计43-44
• 4.3.1 中继节点的运行过程43-44
• 4.3.2 基于TinyOS的中继节点程序设计44
• 4.4 基站软件设计44-49
• 4.4.1 基站与PC的通信设计44-47
• 4.4.2 基站的运行过程47
• 4.4.3 基于TinyOS的基站程序设计47-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第五章 水位监测系统WSN自组网设计50-62
• 5.1 水位监测系统自组网总体方案50
• 5.2 可靠路由协议50-52
• 5.3 水位监测系统自组网路由算法设计52-57
• 5.3.1 路由表的建立53-54
• 5.3.2 路由选择54-55
• 5.3.3 路由表的更新55-57
• 5.3.4 数据传输57
• 5.4 基于TinyOS水位监测系统路由算法的实现57-61
• 5.5 本章小结61-62
• 第六章 系统测试与分析62-74
• 6.1 水位采集节点的性能测试62-63
• 6.1.1 RS485串口测试62
• 6.1.2 无线通信距离测试62-63
• 6.1.3 水位采集节点总体测试63
• 6.2 网关和中继节点测试63
• 6.3 基站测试63-65
• 6.4 频率可调测试65-67
• 6.5 路由算法测试67-69
• 6.6 系统总体测试69-73
• 6.7 本章小结73-74
• 结论与展望74-75
• 致谢75-76
• 参考文献76-79
• 攻读硕士学位期间主要科研成果79

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本文编号：528330