物联网通信技术及其在地磁监测中的应用研究

发布时间：2017-10-02 00:21

  本文关键词：物联网通信技术及其在地磁监测中的应用研究

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【摘要】：进入21世纪以来,地壳活动进入了活跃期,世界多地都发生破坏性较大的强震,对人民的生命财产造成重大损失。但是对于地震这种常见的自然灾害的预报,特别是准确的短临预报仍然是公认的世界性难题。地震研究工作者综合大量震例以及对地震前的地磁信号的研究与分析发现,地磁异常信号与地震前兆有-定的相关性,这种相关性的研究对临震预警是一种有效的方法。但是目前国内现有的地磁监测数量较少且分布分散,需要较多的测量人员流动测量,不利于对地磁数据持续、实时、准确的获取。近年来,虽然出现了高速率、存储容量大的地磁数据采集仪,但是存在着通信方式单一、组网功能缺失或不健全等问题。基于上述问题,本文提出并实现了基于物联网通信技术的网状分布式地磁数据监测方法。本设计中,分布在各地的地磁监测终端将采集到的地磁数据根据实际情况通过物联网通信技术如以太网、GSM/GPRS、WiFi等通信方式将数据上传到远端的机智云服务器,数据数据处理和分析的工作由服务器完成。采用网状分布式的数据采集模式的优点是降低了对地磁监测终端的存储容量及处理速度的要求,节省了成本,降低了外界因素对系统的影响,可以采用统计学的方法来判断某个区域是否发生地磁异常,从而判断地震发生的可能性。本文中设计的地磁监测终端是集地磁传感采集、信号处理、传输和控制于一体的数据处理终端。本方案是以Cortex-M3内核的STM32F107单片机结合以太网PHY芯片DM9161A、WiFi芯片ESP8266、GSM/GPRS芯片SIM900A分别构成的各地磁监测终端。本文首先研究了地磁特性,阐述了系统的设计方案、各部分相关的组成、原理以及功能实现；接着详细介绍了监测终端各通信模块、地磁信号采集电路、单片机的外围电路以及电源电路的设计,其中着重介绍了STM32F107芯片、监测终端的WiFi通信模块、以太网通信模块、GSM/GPRS通信模块电路以及地磁信号采集的硬件电路设计。然后分别介绍了LwIP协议的移植和实现以及地磁监测终端各通信模块软件驱动的设计、数据采集模块的软件设计以及操作流程,并给出了相关的通信协议。此外本文中在硬件和软件设计方面提出了增强系统抗干扰性和稳定性的方法和策略。最后对系统的各个通信方式以及数据采集结合上位机以及手机APP进行了相关的实验和测试。测试结果表明各个模块通讯正常,并且可以根据实际情况对地磁异常阈值、校正等参数进行设置,地磁监测终端采集速度快、传输实时性高、可以实时的显示,符合系统最初的设计目的。
【关键词】：Cortex-M3 物联网 地磁监测 LwIP协议 分布式
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P315.7;TN929.5;TP391.44
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 引言14-15
• 1.2 相关技术的研究动态和现状15-18
• 1.2.1 无线传感器网络15-16
• 1.2.2 物联网传输技术16-18
• 1.3 本课题研究工作及意义18
• 1.4 本论文的主要内容18-20
• 第二章 地磁监测终端相关技术的介绍20-30
• 2.1 WiFi无线网络技术简介20
• 2.1.1 WiFi技术20
• 2.1.2 WiFi技术的特点20
• 2.2 GSM/GPRS移动通信技术简介20-23
• 2.2.1 GSM通信20-22
• 2.2.2 通用分组无线业务(GPRS)22-23
• 2.3 LwIP协议栈技术简介23-27
• 2.3.1 网络分层24
• 2.3.2 TCP协议24-26
• 2.3.3 UDP协议26-27
• 2.4 分布式地磁信号监测技术27-28
• 2.5 本章小结28-30
• 第三章 地磁监测终端的总体设计30-34
• 3.1 监测终端系统具体功能的需求分析30-31
• 3.2 监测终端系统总体架构31-32
• 3.3 本章小结32-34
• 第四章 地磁监测终端的硬件电路设计34-58
• 4.1 STM32F107主控芯片及其外围电路设计34-37
• 4.1.1 系统硬件总体框图34
• 4.1.2 STM32F107主控芯片34-36
• 4.1.3 微控制器外围电路设计36-37
• 4.2 地磁信号采集电路设计37-43
• 4.2.1 磁传感器的选择37-43
• 4.2.2 信号采集电路43
• 4.3 监测终端各通信电路模块设计43-55
• 4.3.1 WIFI通信模块电路设计43-47
• 4.3.2 以太网通信模块电路47-51
• 4.3.3 GSM/GPRS通信模块电路51-55
• 4.4 电源电路设计55-57
• 4.5 本章小结57-58
• 第五章 地磁监测终端的软件设计58-74
• 5.1 主控制芯片驱动程序设计58-60
• 5.2 LwIP协议栈的移植与实现60-64
• 5.2.1 LwIP协议移植60-61
• 5.2.2 相关函数的介绍61-64
• 5.3 数据采集模块程序设计64-67
• 5.4 监测终端通信模块程序设计67-73
• 5.4.1 WIFI通信模块67-69
• 5.4.2 GSM/GPRS通信模块69-72
• 5.4.3 以太网通信模块72-73
• 5.5 本章小结73-74
• 第六章 地磁监测终端的测试及运行74-82
• 6.1. 物联网通信技术的测试74-77
• 6.1.1 WiFi通信模块测试74-75
• 6.1.2 GSM/GPRS通信模块测试75-76
• 6.1.3 以太网通信模块测试76-77
• 6.2. 地磁监测终端与机智云的测试77-82
• 6.2.1 地磁监测终端与APP的测试77-78
• 6.2.2 地磁监测终端与机智云服务器的测试78-82
• 第七章 论文总结及展望82-84
• 7.1 课题研究成果总结82
• 7.2 课题不足与展望82-84
• 致谢84-86
• 参考文献86-90
• 附录A 攻读硕士学位期间的成果90

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本文编号：956509