基于WSN的污水处理监控系统新型传感器节点设计

发布时间：2017-10-02 09:11

  本文关键词：基于WSN的污水处理监控系统新型传感器节点设计

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【摘要】：水资源是人类生存不可或缺的资源,也是人类社会可持续发展的重要因素之一。近年来,由于大量污水排入到江河之中,导致江河污染增多,生态严重受损,对人们的身心健康造成了严重的影响,所以污水治理已经迫在眉睫。但由于现有的处理设备不完备而导致处理过程中出现了许多失误。因此设计一套有效的监控系统对于提高污水处理的效率以及经济效益十分必要。近些年来,由于传感器技术、嵌入式技术以及无线通信技术的飞速发展,催生了许多高性能、低功耗以及低成本的无线传感器网络,这种由多个传感器构成的监控网络系统成为当前的热点。无线传感器网络就是由在监控区域内部署的大量具有信息采集与处理以及无线通信功能的节点,与远程监控中心一起形成一个多跳自组织网络系统,共同完成所需特定功能。在环境监测、交通运输以及医疗等领域的科研中得到广泛应用。因此,我们可以将该技术运用到污水处理监控中去。本课题来源于陕西省科技计划项目,设计并实现基于WSN的污水处理监控系统的新型传感器节点,文章从整个污水处理监控系统设计开始,分别介绍了该系统的各个组成部分和关键技术。在传感器节点设计过程中,通过对传感器节点的功能需求分析,将传感器节点设计分为硬件设计和软件设计两部分。硬件部分选择了集成MCU+射频收发芯片的SOC设计方案,设计采用CC2530射频芯片及其它低功耗元器件。接着对IEEE802.15.4标准和ZigBee 2007办议栈做了深入研究,在此基础上设计了监控系统的传感器节点软件部分,使传感器节点能够实时采集水体的水温、PH、浊度、电导率、溶解氧五种数据并发送出去。在电源供应上设计了一种太阳能供电系统,使传感器节点具有更长的生存周期,并降低了在恶劣环境下人工更换电池的风险。最后对传感器节点的整体性能做了具体测试。测试结果表明该传感器节点性能达到了预期的设定指标,软硬件设计合理,运行稳定。具有功耗低,可靠性高,可扩展性好,生存周期长等特点。
【关键词】：污水处理监控 无线传感器网络 嵌入式 传感器 ZigBee
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;TN929.5;TP212.9
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 选题背景及研究意义9-10
• 1.1.1 选题背景9
• 1.1.2 研究意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国内外污水处理监控系统研究现状10-11
• 1.2.2 国内外无线传感器网络研究现状11
• 1.2.3 国内外基于污水处理监控系统的传感器节点研究现状11-12
• 1.3 课题的研究内容及论文组织结构12-14
• 1.3.1 本课题研究内容12-13
• 1.3.2 论文组织结构13-14
• 2 基于WSN的污水处理监控系统总体方案设计14-21
• 2.1 系统整体功能概述14-15
• 2.1.1 系统结构及工作原理14-15
• 2.1.2 系统主要组成部分15
• 2.2 嵌入式技术简介15-16
• 2.2.1 嵌入式系统硬件组成15-16
• 2.2.2 嵌入式系统设计流程16
• 2.3 ZigBee无线通信技术概述16-19
• 2.3.1 ZigBee协议体系结构16-18
• 2.3.2 ZigBee网络拓扑结构18-19
• 2.4 传感器技术简介19-20
• 2.5 本章小结20-21
• 3 传感器节点的总体设计21-24
• 3.1 传感器节点设计要求21
• 3.2 传感器节点设计目标21-22
• 3.3 新型能源技术在污水处理监控中的适用性分析22-23
• 3.4 本章小结23-24
• 4 传感器节点硬件设计与实现24-41
• 4.1 传感器节点硬件的设计方案24
• 4.2 传感器节点元器件选型24-30
• 4.3 传感器节点电路设计30-38
• 4.3.1 微处理器模块电路30
• 4.3.2 无线通信模块电路30-31
• 4.3.3 传感器模块31-34
• 4.3.4 JTAG接口模块34
• 4.3.5 传感器节点电源供给模块34-38
• 4.4 传感器节点PCB设计38-40
• 4.5 本章小结40-41
• 5 传感器节点软件设计与实现41-50
• 5.1 IAR软件开发环境介绍41-42
• 5.2 Z-stack2007协议栈工作流程42-43
• 5.3 通信协议43-45
• 5.3.1 无线通信数据格式43-44
• 5.3.2 数据发送方式44-45
• 5.4 传感器节点软件的设计框架45
• 5.5 传感器节点软件整体流程设计45-46
• 5.6 传感器节点应用程序设计46-49
• 5.6.1 数据采集与存储程序设计46-47
• 5.6.2 传感器节点ZigBee通信程序设计47-48
• 5.6.3 电源供电程序设计48-49
• 5.7 本章小结49-50
• 6 传感器节点性能测试50-57
• 6.1 传感器节点入网测试51-53
• 6.2 传感器节点通讯质量测试53-55
• 6.3 传感器节点数据采集测试55-56
• 6.4 太阳能供电系统测试56
• 6.5 本章小结56-57
• 7 总结与展望57-59
• 7.1 论文总结57
• 7.2 展望57-59
• 参考文献59-61
• 攻读硕士学位期间发表的论文61-62
• 致谢62-64

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8 高钰;铜都铜业铜材厂监控系统[J];有色金属工业;2005年02期

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4 王峥瀛;周文;谭华;汤正阳;;三峡梯调监控系统完善方案及实现[A];中国水力发电工程学会信息化专委会2009年学术交流会论文集[C];2009年

5 林荔;陈汇;;福建省气象资料上行监控系统[A];第28届中国气象学会年会——S1第四届气象综合探测技术研讨会[C];2011年

6 于雪龙;林则亮;吴强;陈华;龙靖;;水利闸(站)群监控系统的设计与实现[A];第六届全国计算机应用联合学术会议论文集[C];2002年

7 杨佳;华钢;;货轮监控系统的设计和应用[A];第十五届全国煤矿自动化学术年会和中国煤炭学会煤矿自动化专业委员会学术会议论文集[C];2005年

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10 薛彦波;何凤有;吕现钊;王敦胜;;煤化工煤储运监控系统研究[A];中国计量协会冶金分会2008年会论文集[C];2008年

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1 记者 孙宜华 通讯员 谭晓平;年底前八成乡镇配备监控系统[N];连云港日报;2007年

2 记者 杨丽英 张春亮;山西开工建设企业须安装污染源监控系统[N];中国冶金报;2007年

3 伊鸣;升级监控系统减轻煤企负担[N];中国煤炭报;2008年

4 林荫;山西省 三级森林监控系统启用[N];中国安全生产报;2009年

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