野外WSN监测系统能量及状态管理系统实现

发布时间：2017-09-06 13:45

  本文关键词：野外WSN监测系统能量及状态管理系统实现

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【摘要】：为了对冻土区进行土质等研究,一个重要的条件就是需要获取该区域的环境参量数据信息,以前所用的方式大都是由人亲自去现场测量。冻土的土壤特性和土质、土壤的冰量土壤温度等一系列因素有关,是一种对温度非常敏感并且性质极易变化的土体。冻土特性的变化不仅在一定程度上能够反应出气候的变化,而且其对冻土区的铁路、公路有相当严重的损害。为了获取冻土相关特性的信息,都需要对其进行实时检测监控。有效监测冻土能够为研究冻土的土质特性提供基础信息,对于减少因为冻土土质变化造成的地质灾害有一定的实用价值。本论文从青藏铁路监测项目的实际需求出发,以星云测控系统为工程背景,工程实现采用的是基于ZigBee技术的WSN无线传感器网络监测系统。本系统包含三种设备类型,分别是协调器设备、路由设备、终端设备,可以满足野外环境的长期监测需求。WSN节点以TI公司的CC2530为核心,该主控芯片是一款非常适用于野外长期监测的低功耗ZigBee模块。各设备间是通过IEEE802.15.4协议进行自组网进行无线通信。野外WSN监测系统中的能量管理和状态管理是本文的研究重点。能量管理主要是研究供电系统的设计、节点低功耗设计、电源精细管理、电池充电管理、对Android网关、蓝牙模块、模拟开关、有源晶振、AD单元的供电控制。状态管理包括设备状态管理和环境状态管理,设备状态管理是为获取节点设备能够正常工作所需要的信息,包括节点设备的电源电压、网络拓扑、通信信号状态、内部温湿度、外触发等；环境状态管理是为了获取监测区内的环境参量信息,目前主要是监测地温,可衍生其他监测功能如监测水分、气压、降雨、风等。
【关键词】：无线传感器网络 ZigBee CC2530 能量管理 状态管理
【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】：TN929.5;TP212.9;TP274
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 1 绪论8-12
• 1.1 项目背景8
• 1.2 国内外研究现状8-10
• 1.2.1 国外研究综述8-9
• 1.2.2 国内发展概况9
• 1.2.3 国内外研究总结9-10
• 1.3 主要研究内容和本文结构安排10-11
• 1.3.1 本文主要研究内容10
• 1.3.2 论文的结构10-11
• 1.4 本章小结11-12
• 2 野外WSN监测系统的总体设计12-20
• 2.1 野外WSN监测系统的整体结构设计12-14
• 2.1.1 野外WSN监测系统的设计目标12-13
• 2.1.2 野外WSN监测系统的方案13-14
• 2.1.3 系统应达到的主要指标14
• 2.2 ZigBee设备方案选型14-16
• 2.2.1 芯片方案选型14-15
• 2.2.2 CC2530介绍15-16
• 2.3 ZigBee协议介绍16-19
• 2.3.1 ZigBee协议体系结构16-17
• 2.3.2 ZigBee技术特点17-18
• 2.3.3 Z-Stack协议栈概述18-19
• 2.4 本章小结19-20
• 3 野外WSN监测系统能量管理的实现20-29
• 3.1 能量管理结构框图20
• 3.2 电池充电管理设计20-22
• 3.2 节点的电源电路设计22
• 3.3 节点的低功耗设计22-25
• 3.3.1 协调器节点低功耗22-23
• 3.3.2 路由节点低功耗23-24
• 3.3.3 终端节点低功耗24-25
• 3.4 Android网关及蓝牙的供电控制25-27
• 3.4.1 Android网关供电控制25-26
• 3.4.2 蓝牙模块供电控制26
• 3.4.3 Android及蓝牙供电软件流程26-27
• 3.5 模拟开关、有源晶振、AD单元的供电控制27-28
• 3.6 本章小结28-29
• 4 野外WSN监测系统状态管理的实现29-37
• 4.1 状态管理结构框图29
• 4.2 地温数据的采集29-33
• 4.2.1 地温采集硬件框图29-30
• 4.2.2 温度传感器选型30
• 4.2.3 通道切换方案30-32
• 4.2.4 AD转换单元32-33
• 4.3 设备电源电压的测量33-34
• 4.4 设备内部温湿度的测量34
• 4.5 网络拓扑及通信信号强度的获取34-35
• 4.6 任务时间及外触发类型的获取35-36
• 4.7 本章小结36-37
• 5 野外WSN监测系统验证37-45
• 5.1 安装现场简略37-39
• 5.2 网络拓扑及信号强度实验39-40
• 5.3 电压及温湿度测量实验40-41
• 5.4 地温数据采集实验41-42
• 5.5 任务时间实验42-43
• 5.6 低功耗实验43-45
• 6 总结与展望45-47
• 6.1 本文总结45
• 6.2 展望45-47
• 附录一 协调器节点原理及PCB图47-49
• 附录二 路由及终端节点原理及PCB图49-52
• 参考文献52-55
• 致谢55-57

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 刘敏钰,吴泳,伍卫国;无线传感网络(WSN)研究[J];微电子学与计算机;2005年07期

2 姜久春;;电池管理系统的概况和发展趋势[J];新材料产业;2007年08期

3 张大踪;杨涛;魏东梅;;一种低功耗无线传感器网络节点的设计[J];仪表技术与传感器;2006年10期

4 吴慧敏;张毅;;基于ZigBee的无线传感网[J];电子元器件应用;2006年08期

5 骆晨岚;;ZigBee无线通信技术研究[J];科技资讯;2011年13期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

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2 孙会祥;ZigBee传感器网络技术在蓄电池生产过程中的应用研究[D];山东轻工业学院;2009年

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本文编号：803481