本文關鍵詞：基于WSN的城市暴雨積澇水位監(jiān)測關鍵技術

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【摘要】：本課題旨在將新興的無線傳感器網絡(WSN)技術融入傳統(tǒng)的基于GIS的城市暴雨積澇預警系統(tǒng)中,使得系統(tǒng)能夠快速獲取準確的水位信息并根據水位信息進行預警,從而能夠更大程度地保障暴雨等極端天氣下人們的生命財產安全。本文所研究的內容為基于WSN的城市暴雨積澇水位監(jiān)測關鍵技術,針對城市暴雨積澇預警系統(tǒng)中水位數據的實時獲取提出了一套完整的方案,為水位數據的采集、自組織網絡的建立和數據的處理提供了有效的實現方法,同時在實驗基地對整個水位監(jiān)測系統(tǒng)進行了全面有效的測試,驗證了該系統(tǒng)的有效性和可靠性。本課題的工作內容主要包括以下幾個方面：在對城市暴雨積澇水位監(jiān)測系統(tǒng)的需求做了相關分析后,以WSN技術為技術背景設計了一套應用于水位監(jiān)測系統(tǒng)的技術方案；完成各個關鍵設備的硬件設計,包括水位采集節(jié)點、網關、中繼節(jié)點和基站,給出了詳細的設計方案并對各個設備進行了測試;基于應用于無線傳感器網絡的嵌入式操作系統(tǒng)TinyOS開發(fā)了水位監(jiān)測系統(tǒng)中各個硬件設備的程序,包括水位傳感器的驅動以及水位數據的處理和傳輸,網關和中繼節(jié)點的數據傳輸,基站對數據的處理以及監(jiān)控終端對監(jiān)測區(qū)域內的水位采集節(jié)點采樣頻率的控制,并對各個設備進行測試；根據水位監(jiān)測系統(tǒng)的事件驅動型應用特點和需求,提出了適用于水位監(jiān)測系統(tǒng)的自組織路由算法,并基于TinyOS的組件模型實現了該算法,最后利用若干節(jié)點對此算法進行測試,測試結果表明,此自組網算法是可行的；完成了水位監(jiān)測系統(tǒng)在江蘇省金壇市綜合實驗基地的安裝和測試,總體測試結果證明了系統(tǒng)可以對水位數據實現實時監(jiān)測,系統(tǒng)運行穩(wěn)定。
【關鍵詞】：WSN 水位監(jiān)測 TinyOS 自組織 路由算法
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP212.9;TN929.5;TP274
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-16
• 1.1 課題的研究背景和意義12
• 1.2 課題的國內外研究現狀12-13
• 1.3 課題的研究內容13-14
• 1.4 本文的組織結構安排14-16
• 第二章 總體方案及WSN關鍵硬件設計16-24
• 2.1 需求分析16
• 2.2 系統(tǒng)總體架構16-17
• 2.3 關鍵設備設計方案及性能指標17-18
• 2.4 水位監(jiān)測系統(tǒng)WSN關鍵硬件設計18-23
• 2.4.1 水位采集節(jié)點硬件設計18-21
• 2.4.2 網關和中繼節(jié)點硬件設計21-22
• 2.4.3 基站硬件設計22-23
• 2.5 本章小結23-24
• 第三章 TinyOS操作系統(tǒng)與nesC語言24-31
• 3.1 TinyOS操作系統(tǒng)24-27
• 3.1.1 TinyOS的組件模型24
• 3.1.2 TinyOS的兩級調度模式24-26
• 3.1.3 TinyOS的主動消息通信模型26-27
• 3.2 nesC語言27-29
• 3.3 nesC語言組件編譯29-30
• 3.4 本章小結30-31
• 第四章 水位監(jiān)測系統(tǒng)WSN軟件設計31-50
• 4.1 水位采集節(jié)點軟件設計31-41
• 4.1.1 水位傳感器的通信協議和命令31-32
• 4.1.2 基于TinyOS的水位傳感器驅動設計32-34
• 4.1.3 水位采集節(jié)點的濾波軟件設計34-36
• 4.1.4 水位采集節(jié)點的運行過程36-37
• 4.1.5 基于TinyOS的水位采集節(jié)點程序設計37-41
• 4.2 網關軟件設計41-43
• 4.2.1 網關的運行過程41-42
• 4.2.2 基于TinyOS的網關的程序設計42-43
• 4.3 中繼節(jié)點軟件設計43-44
• 4.3.1 中繼節(jié)點的運行過程43-44
• 4.3.2 基于TinyOS的中繼節(jié)點程序設計44
• 4.4 基站軟件設計44-49
• 4.4.1 基站與PC的通信設計44-47
• 4.4.2 基站的運行過程47
• 4.4.3 基于TinyOS的基站程序設計47-49
• 4.5 本章小結49-50
• 第五章 水位監(jiān)測系統(tǒng)WSN自組網設計50-62
• 5.1 水位監(jiān)測系統(tǒng)自組網總體方案50
• 5.2 可靠路由協議50-52
• 5.3 水位監(jiān)測系統(tǒng)自組網路由算法設計52-57
• 5.3.1 路由表的建立53-54
• 5.3.2 路由選擇54-55
• 5.3.3 路由表的更新55-57
• 5.3.4 數據傳輸57
• 5.4 基于TinyOS水位監(jiān)測系統(tǒng)路由算法的實現57-61
• 5.5 本章小結61-62
• 第六章 系統(tǒng)測試與分析62-74
• 6.1 水位采集節(jié)點的性能測試62-63
• 6.1.1 RS485串口測試62
• 6.1.2 無線通信距離測試62-63
• 6.1.3 水位采集節(jié)點總體測試63
• 6.2 網關和中繼節(jié)點測試63
• 6.3 基站測試63-65
• 6.4 頻率可調測試65-67
• 6.5 路由算法測試67-69
• 6.6 系統(tǒng)總體測試69-73
• 6.7 本章小結73-74
• 結論與展望74-75
• 致謝75-76
• 參考文獻76-79
• 攻讀碩士學位期間主要科研成果79

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