我國是一個(gè)水災(zāi)多發(fā)的國家,為了預(yù)防水災(zāi),需要實(shí)時(shí)準(zhǔn)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(nèi)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(diǎn)觀測法,或者是利用氣象衛(wèi)星或氣象雷達(dá)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(shí)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(shè)備和人員有嚴(yán)苛的要求。所以,以上方式在許多情況下已無法滿足當(dāng)今高科技時(shí)代對水災(zāi)監(jiān)測工作提出的實(shí)際需求。 因此,借鑒國內(nèi)外無線監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)經(jīng)驗(yàn),分析無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢,并結(jié)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(guān)技術(shù)應(yīng)用于水災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)計(jì)中,借助二者優(yōu)勢克服目前水災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)中存在的缺點(diǎn)。 確定主要研究內(nèi)容后,在分析和研究的基礎(chǔ)上,提出了本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)和總體設(shè)計(jì)方案。 第一步是對傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì),將經(jīng)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(jī)相結(jié)合,選用抗干擾能力強(qiáng)的射頻發(fā)射模塊與接收模塊,配以相應(yīng)的軟件系統(tǒng),使節(jié)點(diǎn)在通信距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)無線通信。 由于傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)量龐大,而且單個(gè)節(jié)點(diǎn)能量有限,所以第二步是傳感器節(jié)點(diǎn)的組網(wǎng)設(shè)計(jì),運(yùn)用一定的通信協(xié)議將多個(gè)節(jié)點(diǎn)組織起來。這里借鑒無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式分簇算法思想,在經(jīng)典LEACH算法基礎(chǔ)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(jié)合了節(jié)點(diǎn)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(diǎn)上；簇間多跳通信時(shí)綜合考慮下一跳節(jié)點(diǎn)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(shí)驗(yàn)表明,改進(jìn)后的算法比LEACH算法更好地均衡了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的能量消耗,延長了網(wǎng)絡(luò)的生命周期。 最后是上位機(jī)監(jiān)測軟件的設(shè)計(jì),選擇開發(fā)軟件的平臺和環(huán)境,實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有可視化界面監(jiān)測軟件。
【學(xué)位單位】：哈爾濱商業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析
    1.3 論文的主要研究內(nèi)容
        1.3.1 無線傳感器的組網(wǎng)與節(jié)能算法研究
        1.3.2 無線傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)
        1.3.3 節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信設(shè)計(jì)
    1.4 論文的篇章結(jié)構(gòu)
2 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案
    2.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)
    2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)目標(biāo)
    2.3 系統(tǒng)的總體概述
    2.4 本章小結(jié)
3 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)
    3.1 傳感器節(jié)點(diǎn)的硬件選擇
        3.1.1 傳感器的選擇
        3.1.2 單片機(jī)的選擇
        3.1.3 無線模塊的選擇
    3.2 傳感器節(jié)點(diǎn)硬件電路設(shè)計(jì)
        3.2.1 單片機(jī)基本外圍電路設(shè)計(jì)
        3.2.2 nRF24L01相關(guān)電路設(shè)計(jì)
        3.2.3 串口通信設(shè)計(jì)
    3.3 無線傳感器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)
        3.3.1 nRF24L01初始化配置
        3.3.2 節(jié)點(diǎn)發(fā)送流程
        3.3.3 節(jié)點(diǎn)接收流程
    3.4 本章小結(jié)
4 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)自組織算法
    4.1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組織結(jié)構(gòu)
    4.2 自組織算法介紹
        4.2.1 分簇算法簡介
        4.2.2 分簇結(jié)構(gòu)在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的作用
        4.2.3 分簇算法的性能指標(biāo)
    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(jìn)
        4.4.1 無線通信模型
        4.4.2 網(wǎng)絡(luò)模型
        4.4.3 改進(jìn)分簇算法
    4.5 仿真實(shí)驗(yàn)和結(jié)果
        4.5.1 性能評估
        4.5.2 仿真結(jié)果
    4.6 本章小結(jié)
5 上位機(jī)監(jiān)測軟件設(shè)計(jì)
    5.1 系統(tǒng)功能需求和特點(diǎn)
    5.2 上位機(jī)監(jiān)測軟件開發(fā)環(huán)境
    5.3 上位機(jī)監(jiān)測軟件設(shè)計(jì)
        5.3.1 上位機(jī)監(jiān)測軟件層次結(jié)構(gòu)
        5.3.2 上位機(jī)監(jiān)測軟件流程
        5.3.3 監(jiān)測軟件串口設(shè)置
        5.3.4 監(jiān)測軟件二維曲線走勢圖設(shè)計(jì)
        5.3.5 監(jiān)測軟件數(shù)據(jù)查詢功能實(shí)現(xiàn)
    5.4 上位機(jī)監(jiān)測軟件測試
    5.5 本章小結(jié)
結(jié)論與展望
參考文獻(xiàn)
攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2865128