【摘要】：氣象數(shù)據(jù)在人們?nèi)粘Ｉ�、軍事以及其他許多行業(yè)中都十分重要,而如何通過現(xiàn)有的技術(shù)手段智能化地獲取這些氣象數(shù)據(jù)是一個重要的研究方向。本課題將ZigBee和GPRS作為通信方式,充分利用部署方便、靈活的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù),又利用可以擴(kuò)展無線傳感器網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸距離的GPRS無線傳輸技術(shù),設(shè)計并實(shí)現(xiàn)無線傳感網(wǎng)氣象信息采集節(jié)點(diǎn)以及配套的氣象信息采集與處理上位機(jī)軟件,最終研制出無線傳感網(wǎng)氣象信息采集與處理系統(tǒng)。本文具體工作如下:(1)氣象信息采集節(jié)點(diǎn)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。選取C8051F410單片機(jī)作為控制核心,設(shè)計氣象信息采集節(jié)點(diǎn)硬件。節(jié)點(diǎn)包含電源模塊、ZigBee終端模塊、存儲模塊等模塊,并選取本實(shí)驗(yàn)室的熱式風(fēng)速計模塊來采集風(fēng)速風(fēng)向。使用模塊化的思想設(shè)計氣象信息采集節(jié)點(diǎn)的軟件,并設(shè)計ZigBee終端設(shè)備休眠降低功耗的方法。節(jié)點(diǎn)可以采集、存儲和上傳風(fēng)速、風(fēng)向等氣象信息,也可以執(zhí)行上位機(jī)的命令。(2)氣象信息采集與處理上位機(jī)軟件的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。選取C#語言作為編程語言,在對軟件進(jìn)行需求分析后,對其進(jìn)行了整體設(shè)計、劃分模塊和程序編寫。上位機(jī)可以實(shí)現(xiàn)氣象數(shù)據(jù)的上傳與存儲、節(jié)點(diǎn)的管理、氣象數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析等功能。上位機(jī)與ZigBee網(wǎng)關(guān)需要通信,為此設(shè)計了串口、GPRS兩種通信方式,為提高通信質(zhì)量,使用一種自動通信模式發(fā)送命令、接收數(shù)據(jù)。(3)最后對整個系統(tǒng)進(jìn)行了測試。節(jié)點(diǎn)可以組成ZigBee網(wǎng)絡(luò)、休眠降低功耗,可以采集、存儲和上傳氣象數(shù)據(jù),上位機(jī)可以管理節(jié)點(diǎn),可以獲取、存儲氣象數(shù)據(jù),也可以對氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析,整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集成功率能達(dá)到90%,基本達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計要求。本課題研發(fā)的無線傳感網(wǎng)氣象信息采集與處理系統(tǒng)經(jīng)過了功能、性能的測試,該系統(tǒng)基本達(dá)到設(shè)計的指標(biāo)和要求,而且系統(tǒng)工作穩(wěn)定,實(shí)時性較好,功耗低,通信距離長,靈活性高,適合對氣象進(jìn)行監(jiān)測,對類似的氣象信息采集與處理系統(tǒng)也有一定的參考價值。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P409;TP212.9;TN92
【圖文】：

圖 3-2 C8051F410 原理框圖.2 電源模塊節(jié)點(diǎn)的電源模塊為微控制器、存儲芯片、風(fēng)速風(fēng)向傳感器及其應(yīng)用電路、藍(lán)牙模塊、485和 ZigBee 模塊提供 3.3V 電壓，在節(jié)點(diǎn)的設(shè)計中起著極其重要的作用。電源模塊S1117-3.3 線性低壓降穩(wěn)壓器，輸入電壓范圍寬，從 4.75 到 15V 都可以，在 1A 電流下壓降為 止電流過大和芯片過熱，芯片內(nèi)部含有限流和過熱保護(hù)電路。本系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)的電壓轉(zhuǎn)換電路3-3 所示。

2.15.4/ZigBee 技術(shù)，采用符合 24GHz IEEE802.15.4 標(biāo)感網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸功能。該模塊具有以下優(yōu)點(diǎn)[39]：用。模塊內(nèi)部芯片、電阻電容等元器件都是工業(yè)級以使模塊喚醒和休眠；模塊支持的電源輸入范圍是保證模塊穩(wěn)定運(yùn)行，防止模塊長時間處于非正常工術(shù)手段，使得數(shù)據(jù)終端不會掉線。以通過命令配置，將模塊配置為 ZigBee 三種不同網(wǎng)方式——MESH 型網(wǎng)絡(luò)，可以指定地址向某個 外空曠的地方，兩個節(jié)點(diǎn)間的通信距離最大為 200API 模式。8913D-E 是一種 ZigBee 串口透傳模塊，稍微對 Zig可輕松使用該模塊。。通過串口即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)在不同節(jié)點(diǎn)間的傳輸。

東南大學(xué)工程碩士學(xué)位論文（2）配置一定數(shù)量的 F8913D-E 為路由設(shè)備、終端設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)地址可以由網(wǎng)絡(luò)隨機(jī)分配或置，選擇和協(xié)調(diào)器一樣的物理信道和網(wǎng)絡(luò)號，它們根據(jù)配置的物理信道被動掃描，加入 Z絡(luò)。（3）ZigBee 網(wǎng)絡(luò)中三種設(shè)備根據(jù)網(wǎng)絡(luò)地址進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。單片機(jī)和 F8913D-E 模塊（該模塊被配置為 ZigBee 終端設(shè)備了）連接電路圖如圖 3-5 所示5 為 ZigBee 模塊。

【參考文獻(xiàn)】

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1 李磊;章德g

本文編號：2766436