一种频谱监测无线传感器网络的设计与研究
发布时间：2021-02-12 12:10
由于调频（Frequency Modulation,FM）广播信息处理技术成熟、设备架设成本低、系统维护简单,因此被广泛应用于民用领域的音频信息广播。非法违规架设发射机,播放低俗内容、非法广告、散布谣言等情况时常发生。而无线电监测管理中心使用的监测设备价格昂贵,维护困难,设备间无法进行组网通信。并且主要依靠人为操作或群众举报投诉的方式发现非法广播。因此,研究一种可实现组网通信,自动判决信号的合法性的频谱监测系统具有重要的现实意义和应用价值。本文提出了一种基于无线传感器网络的频谱监测系统。该系统可实现对监测区域内的FM广播信号的采集、传输、处理、分析、判决与结果显示。完成的主要研究工作如下:1.设计并实现监测节点:针对现有的频谱监测手段存在的不足,设计了一种频谱监测节点。该节点采用CC2530芯片作为控制模块,利用TEA5767芯片加上外围器件作为调频信号接收模块。通过实验验证了系统设计的频谱监测节点可实现对频段范围为87-108MHz的FM广播信号的采集,节点间可实现组网通信,无线传输数据等操作。2.应用数据融合技术:为了解决监控终端在接收数据时存在的数据冗余问题,在监测系统中嵌入了数...
【文章来源】：云南民族大学云南省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三种主
云南民族大学硕士学位论文2（a）小型固定基站（b）移动监测站（c）便携式监测设备图1.1三种主要的监测手段图中固定基站的监测能力强，监测的频段范围较广，但成本高，灵活性差。移动监测站采用车载方式，携带设备较多。便携式监测设备体积较大，设备维护困难。上述监测设备均需要人工参与的方式对频率进行识别和判决，无法自动生成相应的分析判决结果，并且设备间均无法进行通信。当某一设备发生故障时，故障的设备所监测的数据就发送不到终端设备上，使得该区域的监测数据出现丢失情况，导致监控终端不能对其收集的数据进行处理，很可能造成对非法电台的漏判。无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）[3]是一种集传感器技术、无线通信技术、嵌入式计算技术等多项技术于一身的分布式信息获取系统。现已应用在不同领域中，如实现船舶信息采集、隧道监测和环境监测等[4-6]。可通过不同的投放方式将具有计算与通信能力的传感器节点部署在预定的监测区域，满足人们随时随地获取区域内可靠实时信息的需求。其具有以下特点：（1）硬件资源有限。由于无线传感器节点受成本、能耗和体积等方面的约束，因此其计算能力、存储空间不及电脑，此外还需要设计简单有效的协议。（2）电源容量有限。无线传感器节点的供电方式主要有电源适配器或电池供电，电池容量较小，将其应用在特殊领域中时，无法给节点充电或更换电池。当电池能量消耗完后，节点也就停止了工作。因此在设计传感器网络过程中需要考虑的首要因素是节能。（3）大量的传感器节点。为了实现对一个区域的全面监测以及确保无线传感器网络的抗毁性和容错性，往往有大量传感器节点以各种方式放置在该区域中，导致节点的分布较为密集。（4）动态拓扑结构。当多个传感器节点以自组织方式?
第2章频谱监测系统设计方案13图中电源模块为其他模块供电，FM广播信号接收模块用于采集FM广播信号，无线传输模块则实现数据的无线传输，控制器模块主要实现节点间的组网通信。以下将对系统硬件方案使用的各个模块进行介绍：2.4.1控制器模块现有的能实现节点间组网的控制器有CC2430、CC2431、CC2530等。根据节点体积的大孝组网功能、抗外界干扰能力，本文选用兼容8051内核和ZigBee协议的CC2530芯片作为监测节点的核心处理器。该芯片具有体积孝可实现节点间的自组网以及受环境因素影响较小等特点，其工作电压为2V~3.6V，传输数据速率为20~250Kbps[39]。图2.4为CC2530芯片的电路原理图及模块实物图。图2.4CC2530芯片电路原理图和模块实物2.4.2FM广播信号接收模块根据国家广电总局《调频广播覆盖网技术规定》[40]我国调频广播信号接收到的频段范围为87-108MHz。为实现监测节点的低成本、小型化以及对调频信号的采集，系统选用飞利浦公司的TEA5767芯片加上外围器件的调频信号接收
【参考文献】：
期刊论文
[1]QTT台址自动化电波环境监测系统[J]. 刘奇,王玥,刘晔,刘烽,陈卯蒸,王娜,曹亮,闫浩. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(09)
[2]基于无线传感器网络的船舶信息采集系统设计[J]. 王明超. 舰船科学技术. 2018(24)
[3]基于无线ZigBee技术的隧道监测系统设计[J]. 彭毅弘,郑凌云. 仪表技术与传感器. 2018(11)
[4]基于软件无线电与数据库的频谱分析系统[J]. 刘伟,陈真佳,张永辉,刘一鸣. 计算机工程与设计. 2018(08)
[5]基于斐波那契树优化算法的切削参数多方案优化方法[J]. 王霞,吕丹桔,董易,王耀民,李鹏,吴海锋,施心陵. 控制与决策. 2018(08)
[6]超短波无线认知传感器网络节点的设计与实现[J]. 毛九平,郑霖,刘争红. 计算机工程. 2017(07)
[7]基于能量检测的异步感知算法[J]. 余盼,李斌,赵成林. 通信学报. 2017(03)
[8]基于Labview的频谱监测系统设计与实现[J]. 夏伟,邱斌,丁风海,余清华. 计算机测量与控制. 2016(12)
[9]模拟广播信号自动识别技术与实现[J]. 童珉,赵承平. 广播与电视技术. 2016(02)
[10]卫星测控站频谱监测系统设计方案及实现[J]. 昂正全,赵京广,李一超. 计算机测量与控制. 2014(11)
硕士论文
[1]基于传感器网络的分布式频谱监测系统应用技术研究[D]. 付超玄.北京邮电大学 2018
[2]基于聚类分析的调频广播信号识别方法研究[D]. 闫皓辉.西华大学 2017
[3]无线频谱监测网络嵌入式系统移植与开发[D]. 刘晓生.西安电子科技大学 2014
[4]基于模糊集与统计理论的多传感器数据融合算法研究[D]. 杨国宁.太原理工大学 2013
[5]基于无线传感器网络电磁频谱监测系统的数据融合算法性能分析[D]. 马超.西安电子科技大学 2012
[6]基于频谱感知无线传感器网络的网络管理[D]. 秦五一.西安电子科技大学 2012
[7]无线传感器网络中的频谱感知技术研究[D]. 刘坤.西安电子科技大学 2011
本文编号：3030845
【文章来源】：云南民族大学云南省
【文章页数】：84 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三种主
云南民族大学硕士学位论文2（a）小型固定基站（b）移动监测站（c）便携式监测设备图1.1三种主要的监测手段图中固定基站的监测能力强，监测的频段范围较广，但成本高，灵活性差。移动监测站采用车载方式，携带设备较多。便携式监测设备体积较大，设备维护困难。上述监测设备均需要人工参与的方式对频率进行识别和判决，无法自动生成相应的分析判决结果，并且设备间均无法进行通信。当某一设备发生故障时，故障的设备所监测的数据就发送不到终端设备上，使得该区域的监测数据出现丢失情况，导致监控终端不能对其收集的数据进行处理，很可能造成对非法电台的漏判。无线传感器网络（WirelessSensorNetwork，WSN）[3]是一种集传感器技术、无线通信技术、嵌入式计算技术等多项技术于一身的分布式信息获取系统。现已应用在不同领域中，如实现船舶信息采集、隧道监测和环境监测等[4-6]。可通过不同的投放方式将具有计算与通信能力的传感器节点部署在预定的监测区域，满足人们随时随地获取区域内可靠实时信息的需求。其具有以下特点：（1）硬件资源有限。由于无线传感器节点受成本、能耗和体积等方面的约束，因此其计算能力、存储空间不及电脑，此外还需要设计简单有效的协议。（2）电源容量有限。无线传感器节点的供电方式主要有电源适配器或电池供电，电池容量较小，将其应用在特殊领域中时，无法给节点充电或更换电池。当电池能量消耗完后，节点也就停止了工作。因此在设计传感器网络过程中需要考虑的首要因素是节能。（3）大量的传感器节点。为了实现对一个区域的全面监测以及确保无线传感器网络的抗毁性和容错性，往往有大量传感器节点以各种方式放置在该区域中，导致节点的分布较为密集。（4）动态拓扑结构。当多个传感器节点以自组织方式?
第2章频谱监测系统设计方案13图中电源模块为其他模块供电，FM广播信号接收模块用于采集FM广播信号，无线传输模块则实现数据的无线传输，控制器模块主要实现节点间的组网通信。以下将对系统硬件方案使用的各个模块进行介绍：2.4.1控制器模块现有的能实现节点间组网的控制器有CC2430、CC2431、CC2530等。根据节点体积的大孝组网功能、抗外界干扰能力，本文选用兼容8051内核和ZigBee协议的CC2530芯片作为监测节点的核心处理器。该芯片具有体积孝可实现节点间的自组网以及受环境因素影响较小等特点，其工作电压为2V~3.6V，传输数据速率为20~250Kbps[39]。图2.4为CC2530芯片的电路原理图及模块实物图。图2.4CC2530芯片电路原理图和模块实物2.4.2FM广播信号接收模块根据国家广电总局《调频广播覆盖网技术规定》[40]我国调频广播信号接收到的频段范围为87-108MHz。为实现监测节点的低成本、小型化以及对调频信号的采集，系统选用飞利浦公司的TEA5767芯片加上外围器件的调频信号接收
【参考文献】：
期刊论文
[1]QTT台址自动化电波环境监测系统[J]. 刘奇,王玥,刘晔,刘烽,陈卯蒸,王娜,曹亮,闫浩. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2019(09)
[2]基于无线传感器网络的船舶信息采集系统设计[J]. 王明超. 舰船科学技术. 2018(24)
[3]基于无线ZigBee技术的隧道监测系统设计[J]. 彭毅弘,郑凌云. 仪表技术与传感器. 2018(11)
[4]基于软件无线电与数据库的频谱分析系统[J]. 刘伟,陈真佳,张永辉,刘一鸣. 计算机工程与设计. 2018(08)
[5]基于斐波那契树优化算法的切削参数多方案优化方法[J]. 王霞,吕丹桔,董易,王耀民,李鹏,吴海锋,施心陵. 控制与决策. 2018(08)
[6]超短波无线认知传感器网络节点的设计与实现[J]. 毛九平,郑霖,刘争红. 计算机工程. 2017(07)
[7]基于能量检测的异步感知算法[J]. 余盼,李斌,赵成林. 通信学报. 2017(03)
[8]基于Labview的频谱监测系统设计与实现[J]. 夏伟,邱斌,丁风海,余清华. 计算机测量与控制. 2016(12)
[9]模拟广播信号自动识别技术与实现[J]. 童珉,赵承平. 广播与电视技术. 2016(02)
[10]卫星测控站频谱监测系统设计方案及实现[J]. 昂正全,赵京广,李一超. 计算机测量与控制. 2014(11)
硕士论文
[1]基于传感器网络的分布式频谱监测系统应用技术研究[D]. 付超玄.北京邮电大学 2018
[2]基于聚类分析的调频广播信号识别方法研究[D]. 闫皓辉.西华大学 2017
[3]无线频谱监测网络嵌入式系统移植与开发[D]. 刘晓生.西安电子科技大学 2014
[4]基于模糊集与统计理论的多传感器数据融合算法研究[D]. 杨国宁.太原理工大学 2013
[5]基于无线传感器网络电磁频谱监测系统的数据融合算法性能分析[D]. 马超.西安电子科技大学 2012
[6]基于频谱感知无线传感器网络的网络管理[D]. 秦五一.西安电子科技大学 2012
[7]无线传感器网络中的频谱感知技术研究[D]. 刘坤.西安电子科技大学 2011
本文编号：3030845
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