我國是一個水災多發(fā)的國家,為了預防水災,需要實時準確地監(jiān)測江河、湖泊與水庫等地的水文數(shù)據(jù)。目前,國內許多水文站的監(jiān)測主要使用人工查看的方式,除此之外,還有傳統(tǒng)的地面定點觀測法,或者是利用氣象衛(wèi)星或氣象雷達取得數(shù)據(jù)資料。第一種方法測量數(shù)據(jù)的連續(xù)性和時效性差,還存在安全隱患,威脅人身安全；第二種方法缺少靈活性,不適合大范圍監(jiān)測；第三種方法更是對設備和人員有嚴苛的要求。所以,以上方式在許多情況下已無法滿足當今高科技時代對水災監(jiān)測工作提出的實際需求。 因此,借鑒國內外無線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)經驗,分析無線傳感器網絡技術的國內外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢,并結合現(xiàn)代監(jiān)測系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集的特殊要求,本課題嘗試將相關技術應用于水災監(jiān)測系統(tǒng)的相關設計中,借助二者優(yōu)勢克服目前水災監(jiān)測系統(tǒng)中存在的缺點。 確定主要研究內容后,在分析和研究的基礎上,提出了本系統(tǒng)的設計目標和總體設計方案。 第一步是對傳感器節(jié)點進行設計,將經過選型、較適用于本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊與高性能單片機相結合,選用抗干擾能力強的射頻發(fā)射模塊與接收模塊,配以相應的軟件系統(tǒng),使節(jié)點在通信距離內實現(xiàn)無線通信。 由于傳感器網絡節(jié)點的數(shù)量龐大,而且單個節(jié)點能量有限,所以第二步是傳感器節(jié)點的組網設計,運用一定的通信協(xié)議將多個節(jié)點組織起來。這里借鑒無線傳感器網絡的分布式分簇算法思想,在經典LEACH算法基礎之上,提出了一種基于延長WSN生命周期的分簇算法。該算法結合了節(jié)點的能量、位置及其分布密度等因素,在LEACH中加入門限,使得能量消耗均衡的分布在各節(jié)點上；簇間多跳通信時綜合考慮下一跳節(jié)點的剩余能量及其到基站的距離,節(jié)約有限的系統(tǒng)能量。仿真實驗表明,改進后的算法比LEACH算法更好地均衡了整個網絡的能量消耗,延長了網絡的生命周期。 最后是上位機監(jiān)測軟件的設計,選擇開發(fā)軟件的平臺和環(huán)境,實現(xiàn)一個具有可視化界面監(jiān)測軟件。
【學位單位】：哈爾濱商業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：P426.616;TN929.5;TP212.9
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 課題背景
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀及分析
    1.3 論文的主要研究內容
        1.3.1 無線傳感器的組網與節(jié)能算法研究
        1.3.2 無線傳感器節(jié)點設計
        1.3.3 節(jié)點與上位機之間的數(shù)據(jù)通信設計
    1.4 論文的篇章結構
2 系統(tǒng)的總體設計方案
    2.1 無線傳感器網絡體系結構
    2.2 系統(tǒng)設計原則和設計目標
    2.3 系統(tǒng)的總體概述
    2.4 本章小結
3 無線傳感器網絡節(jié)點的設計
    3.1 傳感器節(jié)點的硬件選擇
        3.1.1 傳感器的選擇
        3.1.2 單片機的選擇
        3.1.3 無線模塊的選擇
    3.2 傳感器節(jié)點硬件電路設計
        3.2.1 單片機基本外圍電路設計
        3.2.2 nRF24L01相關電路設計
        3.2.3 串口通信設計
    3.3 無線傳感器節(jié)點軟件設計
        3.3.1 nRF24L01初始化配置
        3.3.2 節(jié)點發(fā)送流程
        3.3.3 節(jié)點接收流程
    3.4 本章小結
4 無線傳感器網絡自組織算法
    4.1 無線傳感器網絡組織結構
    4.2 自組織算法介紹
        4.2.1 分簇算法簡介
        4.2.2 分簇結構在無線傳感器網絡中的作用
        4.2.3 分簇算法的性能指標
    4.3 LEACH算法
        4.3.1 LEACH算法的描述
        4.3.2 LEACH算法的不足
    4.4 基于延長WSN生命周期的LEACH算法的改進
        4.4.1 無線通信模型
        4.4.2 網絡模型
        4.4.3 改進分簇算法
    4.5 仿真實驗和結果
        4.5.1 性能評估
        4.5.2 仿真結果
    4.6 本章小結
5 上位機監(jiān)測軟件設計
    5.1 系統(tǒng)功能需求和特點
    5.2 上位機監(jiān)測軟件開發(fā)環(huán)境
    5.3 上位機監(jiān)測軟件設計
        5.3.1 上位機監(jiān)測軟件層次結構
        5.3.2 上位機監(jiān)測軟件流程
        5.3.3 監(jiān)測軟件串口設置
        5.3.4 監(jiān)測軟件二維曲線走勢圖設計
        5.3.5 監(jiān)測軟件數(shù)據(jù)查詢功能實現(xiàn)
    5.4 上位機監(jiān)測軟件測試
    5.5 本章小結
結論與展望
參考文獻
攻讀學位期間發(fā)表的學術論文
致謝

【參考文獻】

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本文編號：2865128