【摘要】：氣象監(jiān)測在農業(yè)生產、工業(yè)發(fā)展、交通運輸、環(huán)境保護、軍事行動、航空航天等諸多方面有著舉足輕重的地位,并且與人們的日常生活密切相關。而氣象采集地點常在野外,并且分布地點較多,人工到達檢測地點費時費力。利用無線傳感網(wǎng)技術可以實現(xiàn)使分布在各地的氣象傳感器通過無線方式自動上傳數(shù)據(jù)的功能,以達到省時省力地進行氣象信息采集及管理的目的。除此之外,隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,人們越來越依賴于利用智能移動終端進行遠程信息交換。因此,將移動互聯(lián)網(wǎng)與氣象傳感網(wǎng)相結合,形成基于移動平臺的無線氣象傳感網(wǎng)測控系統(tǒng)將是氣象監(jiān)測領域的一個重要發(fā)展方向。目前,國內已經有了一些關于利用智能移動終端實現(xiàn)氣象測控的研究,但在該方向上的研究數(shù)量還較少,仍需要進一步的研究。本文設計并實現(xiàn)了一種基于移動終端的無線氣象傳感網(wǎng)測控系統(tǒng)。移動終端可以通過TCP/IP網(wǎng)絡連接到基于ZigBee通信的氣象傳感器網(wǎng)絡,也可以通過藍牙直接連接到氣象傳感器節(jié)點。該系統(tǒng)的功能包括:各節(jié)點實時數(shù)據(jù)的請求與顯示、歷史數(shù)據(jù)的請求與歷史數(shù)據(jù)的圖表顯示、節(jié)點電量查詢、節(jié)點時間查詢與校準、節(jié)點采集間隔的查詢與修改、節(jié)點低功耗模式的開啟。本文完成的工作主要包括:通過調研設計了該測控系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構及軟硬件架構;通過對TCP/IP網(wǎng)絡與ZigBee網(wǎng)絡間網(wǎng)關模塊的設計以及對移動測控終端的設計,實現(xiàn)了測控系統(tǒng)的通信功能;設計實現(xiàn)了移動測控終端的各項具體功能;對測控系統(tǒng)進行了功能及性能的測試、分析與優(yōu)化,最終得到滿足設計指標要求的實物模型。其中,智能移動終端使用Android手機,利用Eclipse進行軟件設計;網(wǎng)關模塊的軟件部分使用Keil設計實現(xiàn),硬件電路及版圖使用Altium Designer設計實現(xiàn)。本文所設計的測控系統(tǒng)經多次測試與優(yōu)化后,已達到設計指標要求的各項功能,且在所實現(xiàn)的兩種通信方式中通信丟包率均小于10%。測控系統(tǒng)所實現(xiàn)的不同協(xié)議的網(wǎng)絡間通信、兼容節(jié)點定時休眠的通信、兼容TCP/IP與藍牙連接、移動終端對氣象數(shù)據(jù)的處理與顯示等功能的設計思路對于以后關于利用移動終端實現(xiàn)氣象傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)測控的設計與研究也具有一定的參考價值。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP212.9;TN929.5;P415
【圖文】：

絡進行進一步的網(wǎng)格劃分而達到減少傳感網(wǎng)功耗的思路[10]，如圖1-1 所示。圖1-1 對傳感器網(wǎng)絡的進一步網(wǎng)格劃分示意圖[10]無線傳感器網(wǎng)絡在環(huán)境監(jiān)測領域、建筑結構監(jiān)測領域、醫(yī)療服務領域、智能交通領域、軍事領域、智慧家庭領域等多種領域都有應用以及廣闊的發(fā)展空間，氣象監(jiān)測就屬于環(huán)境監(jiān)測領域的一個重要方面。氣象傳感網(wǎng)技術的研究在氣象領域發(fā)展繼承于智能氣象站。國外很多國家從20世紀40 年代就開始了對智能氣象站的研究。到90 年代后，很多國家逐步建立起完整的自動觀測網(wǎng)，將自動氣象站投入業(yè)務使用。我國的智能氣象站研究開始于20 世紀50 年代，起步相較于國外較晚。到2005 年，全國很多地區(qū)將自動氣象站投入使用，并實現(xiàn)了組網(wǎng)。目前國內的系統(tǒng)建設已經初具規(guī)模，但相比起國外仍有差距，主要體現(xiàn)在：氣象要素有限、傳感器使用的傳感技術較為落后、系統(tǒng)為封閉系統(tǒng)。目前對于氣象傳感器網(wǎng)絡的研究熱點主要在于氣象傳感器節(jié)點設計、數(shù)據(jù)處理設計、管理平臺設計、系統(tǒng)架構設計、傳輸協(xié)議及多協(xié)議網(wǎng)關設計這幾個方面[11-18]。2014 年，南京信息工程大學的楊亦洲等人設計了基于ModBus 協(xié)議和ZigBee 網(wǎng)絡的無線氣象傳感器并實現(xiàn)組網(wǎng)通信

第一章 緒論3圖1-2 氣象傳感器網(wǎng)絡的體系結構[17]目前也有一些關于利用移動終端實現(xiàn)測控的研究。2014 年，南京信息工程大學的韓吉等人設計了一種基于Android 的氣象無線傳感網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)，Android 客戶端通過WebSocket 與氣象監(jiān)測系統(tǒng)的服務器相連進而實現(xiàn)對氣象傳感網(wǎng)的信息監(jiān)測[12]。調研發(fā)現(xiàn)在利用移動終端進行氣象傳感網(wǎng)信息測控這一方面的研究數(shù)量還較少，考慮到移動設備應用的潮流，對利用移動終端進行氣象數(shù)據(jù)測控的研究還是很有必要的。未來對無線氣象傳感網(wǎng)研究的挑戰(zhàn)主要存在以下三個方面：第一，由于節(jié)點多用干電池供電，節(jié)點功耗將依然成為一個挑戰(zhàn)。第二，由于無線氣象傳感器網(wǎng)絡中的節(jié)點數(shù)量較多，故降低每個節(jié)點的成本也是一大挑戰(zhàn)。第三，由于氣象傳感器節(jié)點部署常在野外，故節(jié)點的安全性及抗干擾性也是十分重要的。1.3 研究內容與設計指標1.3.1 研究內容本課題的研究內容是希望利用 ZigBee、通用分組無線服務技術(General Packet RadioService, GPRS)、Android、藍牙等技術搭建一個由移動終端遠程控制的無線氣象傳感網(wǎng)測控系統(tǒng)。該系統(tǒng)需要實現(xiàn)移動測控終端通過直接或間接的方式實現(xiàn)與氣象傳感器網(wǎng)絡的連接及通信，并實現(xiàn)移動測控終端對無線氣象傳感網(wǎng)系統(tǒng)的控制及數(shù)據(jù)查詢功能。課題的主要研究內容包括：（1）移動終端客戶端的編程

【參考文獻】

相關期刊論文 前5條

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本文編號：2720669