面向密闭空间的多参数无线传感器网络

发布时间：2017-09-06 16:06

  本文关键词：面向密闭空间的多参数无线传感器网络

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【摘要】：传感器网络是连接现实世界和数字世界的桥梁,极大地扩展了现有网络的功能和人类认识世界的范围。无线传感器网络因其低功耗、低成本、大规模、自组织、可快速部署等特点,广泛应用于环境监测、医疗护理、智能家居等领域。在室内、船舶、飞行体等密闭空间环境监测中,采用无线传感器网络可解决布线繁琐、动态性差等问题,而且具有低成本、易扩展等优点。本文结合环境监测的实际应用和发展需求,设计了一种适用于密闭空间环境监测的无线传感器网络。首先,介绍了在温室、船舶、矿井、飞机等受限空间中无线传感器网络的发展现状和发展趋势。然后介绍并分析了密闭空间中无线信号传播特性和信道模型,并提出了分集技术、自适应均衡技术等一系列抗多径措施。在此基础上,以低功耗、高可靠、抗多径等为设计原则,对系统总体方案进行了详细设计。节点选用低功耗的MSP430系列单片机作为微处理器,780MHz频段低功耗无线收发器AT86RF212作为无线处理模块,并配合多种传感器实现系统各项功能。汇聚节点通过USB接口完成与上位机的通信。在软硬件方面,分别完成了传感器、无线通信、USB等模块的设计。最后编写了LabVIEW上位机测试平台软件,并对系统进行了功能验证和功耗测试。实验结果表明,所设计的无线传感器网络在密闭空间中能够实时测量温度、湿度、振动多种参数,且具有高可靠性、低功耗、高速率的优点,具有良好的应用前景,能够延伸到其他环境监测或者其他相关测试领域中。
【关键词】：密闭空间 无线传感器网络 振动 多径衰落 低功耗
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-13
• 1.1 选题背景及研究意义7
• 1.2 无线传感器网络发展现状7-10
• 1.2.1 在受限空间中无线传感器网络的发展现状8-9
• 1.2.2 适用于振动信号的无线传感器网络发展现状9-10
• 1.3 无线传感器网络发展趋势10-12
• 1.4 论文的主要内容及结构安排12-13
• 2 密闭空间信号传播特性与信道模型13-19
• 2.1 自由空间损耗信道模型分析13-14
• 2.2 信道模型分类14-15
• 2.3 密闭空间无线传输特性研究15-17
• 2.4 抗多径相关技术17-18
• 2.5 本章小结18-19
• 3 系统方案设计及关键技术分析19-26
• 3.1 系统设计关键技术19-21
• 3.1.1 能量分配19-20
• 3.1.2 高速可靠20
• 3.1.3 时间同步20-21
• 3.2 系统整体方案设计21-25
• 3.2.1 工作频段选取21-22
• 3.2.2 系统组成及功能描述22-24
• 3.2.3 系统工作流程24-25
• 3.3 本章小结25-26
• 4 系统硬件电路设计26-33
• 4.1 传感器节点硬件电路设计26-31
• 4.1.1 传感器模块设计26-28
• 4.1.2 处理器模块设计28-29
• 4.1.3 无线通信模块设计29-31
• 4.1.4 其他模块设计31
• 4.2 汇聚节点硬件设计31-32
• 4.2.1 无线通信模块设计31-32
• 4.2.2 USB接口设计32
• 4.3 本章小结32-33
• 5 系统软件设计33-48
• 5.1 节点数据采集和处理程序设计33-36
• 5.1.1 温湿度采集33-34
• 5.1.2 振动采集34-36
• 5.2 无线通信程序设计36-43
• 5.2.1 通信协议分析36-39
• 5.2.2 无线模块通信程序设计39-41
• 5.2.3 节点工作模式及流程41-43
• 5.3 汇聚节点USB接口程序设计43-44
• 5.4 系统上位机软件设计44-47
• 5.4.1 数据处理程序设计45-47
• 5.4.2 数据波形显示与存储程序设计47
• 5.5 本章小结47-48
• 6 系统性能测试与验证48-55
• 6.1 基本功能验证48-52
• 6.1.1 多参数采集测试48-49
• 6.1.2 通信频段测试49-50
• 6.1.3 通信可靠性测试50-52
• 6.1.4 节点网络功能测试52
• 6.2 传感器节点功耗测试与分析52-53
• 6.3 本章小结53-55
• 7 总结与展望55-57
• 7.1 全文工作总结55-56
• 7.2 展望56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-62
• 附录62

【参考文献】

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本文编号：804088