本文關(guān)鍵詞：具有能量自采集的無線傳感網(wǎng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著微功耗芯片的發(fā)展,嵌入式系統(tǒng)的成熟,無線傳感網(wǎng)絡(luò)逐漸走進(jìn)了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)在農(nóng)業(yè)信息的獲取與傳輸上有著天然的優(yōu)勢(shì),它有著信息采集精度高,信息實(shí)時(shí)性高,適應(yīng)各種惡劣環(huán)境,免維護(hù)等一系列特點(diǎn)。本文針對(duì)農(nóng)林環(huán)境監(jiān)控的實(shí)際需求,設(shè)計(jì)了一套基于嵌入式系統(tǒng)的遠(yuǎn)程環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng),該系統(tǒng)能夠在長期無人值守的環(huán)境中監(jiān)測(cè)土壤溫濕度以及光照強(qiáng)度,并可以在無需事先建立長距離有線或無線鏈接的情況下,將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)取回監(jiān)測(cè)終端,同時(shí)能量收集模塊可以收集太陽能并將其轉(zhuǎn)化為電能,以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自供電。系統(tǒng)由三類節(jié)點(diǎn)組成:信息采集節(jié)點(diǎn)、匯聚節(jié)點(diǎn)、特殊移動(dòng)節(jié)點(diǎn)。若干信息采集被部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi),負(fù)責(zé)采集環(huán)境數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點(diǎn);匯聚節(jié)點(diǎn)將接收到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來;特殊移動(dòng)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)將匯聚節(jié)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)取回監(jiān)控基地。節(jié)點(diǎn)之間的通信采用Zigbee方式,特殊移動(dòng)節(jié)點(diǎn)與基地監(jiān)控終端的連接采用串口方式。為了延長系統(tǒng)的工作壽命,本文研究了太陽能能量收集技術(shù),設(shè)計(jì)了集成式能量收集方案以及組合式能量收集方案,并對(duì)集成式能量收集方案進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)及測(cè)試。本文在對(duì)經(jīng)典的無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議(LEACH協(xié)議)深入分析的基礎(chǔ)上,結(jié)合能量收集無線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)予以改進(jìn)。確定了網(wǎng)絡(luò)中的最優(yōu)簇頭數(shù),并利用K-means聚類算法對(duì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分簇,確保了簇頭數(shù)目及分布的合理性。使用Matlab對(duì)改進(jìn)協(xié)議進(jìn)行了仿真。
【關(guān)鍵詞】：無線傳感網(wǎng)絡(luò) 能量收集 太陽能 路由協(xié)議 LEACH協(xié)議
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TP274;TN929.5;TP212.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第一章 緒論8-14
• 1.1 課題背景8-9
• 1.2 無線傳感網(wǎng)絡(luò)概況及發(fā)展趨勢(shì)9-11
• 1.2.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)9
• 1.2.2 無線傳感網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用9-10
• 1.2.3 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究熱點(diǎn)10-11
• 1.3 研究目的與主要研究內(nèi)容11-12
• 1.3.1 研究目的11
• 1.3.2 本文主要研究內(nèi)容11-12
• 1.4 本文章節(jié)安排12-14
• 第二章 信息采集與通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)14-34
• 2.1 整體網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)14-17
• 2.1.1 網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成14-15
• 2.1.2 網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)15-16
• 2.1.3 本系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)16-17
• 2.2 Zigbee通信模塊17-19
• 2.2.1 通信模塊特點(diǎn)17-18
• 2.2.2 通信模塊傳輸方式18-19
• 2.3 硬件設(shè)計(jì)19-26
• 2.3.1 無線通信模塊硬件設(shè)計(jì)20-22
• 2.3.2 傳感器硬件設(shè)計(jì)22-24
• 2.3.3 節(jié)點(diǎn)中央處理器硬件設(shè)計(jì)24-26
• 2.4 軟件設(shè)計(jì)26-33
• 2.4.1 節(jié)點(diǎn)通信軟件設(shè)計(jì)26-29
• 2.4.2 傳感器軟件設(shè)計(jì)29-30
• 2.4.3 監(jiān)控終端（上位機(jī)）軟件30-33
• 2.5 本章小結(jié)33-34
• 第三章 能量收集模塊設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)34-52
• 3.1 能量收集技術(shù)34-36
• 3.1.1 現(xiàn)有的能量收集技術(shù)34-35
• 3.1.2 太陽能能量收集技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀35-36
• 3.2 太陽能能量收集原理36-41
• 3.2.1 太陽能電池特性36-38
• 3.2.2 太陽能電池功率控制38-40
• 3.2.3 能量存儲(chǔ)40-41
• 3.3 太陽能能量收集方案41-50
• 3.3.1 能量管理芯片41-44
• 3.3.2 集成式能量收集方案44-48
• 3.3.3 組合式能量收集方案48-50
• 3.4 集成式能量收集方案實(shí)現(xiàn)與測(cè)試50-51
• 3.5 本章小結(jié)51-52
• 第四章 路由協(xié)議設(shè)計(jì)52-75
• 4.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議概述52-56
• 4.1.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)52-53
• 4.1.2 無線傳感網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)53-55
• 4.1.3 無線傳感網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議設(shè)計(jì)要求55-56
• 4.2 無線傳感網(wǎng)絡(luò)典型協(xié)議56-60
• 4.2.1 平面路由協(xié)議56-58
• 4.2.2 層次路由協(xié)議58-59
• 4.2.3 各路由協(xié)議的比較59-60
• 4.3 LEACH協(xié)議的研究及其改進(jìn)60-69
• 4.3.1 LEACH協(xié)議的分析60-64
• 4.3.2 LEACH協(xié)議存在的問題64
• 4.3.3 K-LEACH協(xié)議的設(shè)計(jì)64-69
• 4.4 K-LEACH協(xié)議仿真與分析69-73
• 4.5 本章小結(jié)73-75
• 第五章 農(nóng)林環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與測(cè)試75-83
• 5.1 系統(tǒng)實(shí)物介紹75-77
• 5.1.1 信息采集從節(jié)點(diǎn)硬件介紹75-76
• 5.1.2 協(xié)調(diào)主節(jié)點(diǎn)硬件介紹76
• 5.1.3 空中從節(jié)點(diǎn)硬件介紹76-77
• 5.2 測(cè)試環(huán)境與測(cè)試方法77-78
• 5.2.1 測(cè)試環(huán)境77
• 5.2.2 測(cè)試方法77-78
• 5.3 網(wǎng)絡(luò)連通性測(cè)試78-79
• 5.4 系統(tǒng)性能測(cè)試79-82
• 5.4.1 空中從節(jié)點(diǎn)與中央?yún)f(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試79-81
• 5.4.2 空中從節(jié)點(diǎn)與監(jiān)控終端（上位機(jī)）數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試81-82
• 5.5 本章小結(jié)82-83
• 第六章 總結(jié)與展望83-85
• 6.1 本文工作總結(jié)83-84
• 6.2 后續(xù)研究工作84-85
• 參考文獻(xiàn)85-87
• 致謝87

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