本文關(guān)鍵詞：農(nóng)村飲用水安全監(jiān)測(cè)的WSN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及其組網(wǎng)研究

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【摘要】：水是生命之源,直接關(guān)乎人類的身心健康,農(nóng)村飲用水水體的濁度、鹽度、溶解氧濃度、酸堿度(pH值)、氨氮含量、電導(dǎo)率等水質(zhì)指標(biāo)都在不同程度上影響人民的身心健康。農(nóng)村飲用水水質(zhì)的超標(biāo)問(wèn)題更是直接威脅著我國(guó)農(nóng)村飲水安全,為保障農(nóng)村飲水安全,提高生活質(zhì)量,必須對(duì)農(nóng)村飲用水水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless sensor networks,WSN)的興起,將邏輯上的信息世界和真實(shí)的物理世界緊密地結(jié)合起來(lái),實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)測(cè)和控制,已得到廣泛的應(yīng)用。本文以無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于水環(huán)境監(jiān)測(cè)為研究背景,分析了國(guó)內(nèi)外飲用水安全監(jiān)測(cè)情況和無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用現(xiàn)狀,針對(duì)傳統(tǒng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)存在污染報(bào)警滯后、數(shù)據(jù)傳輸障礙和成本高等問(wèn)題,設(shè)計(jì)了一種適用于農(nóng)村飲用水安全監(jiān)測(cè)的WSN節(jié)點(diǎn)并對(duì)其進(jìn)行組網(wǎng)研究。節(jié)點(diǎn)以STM32F103ZET6處理器為核心,WLK01L39無(wú)線通信芯片及其外圍電路作為無(wú)線通信模塊,傳感器模塊由美國(guó)ASI公司的FiveProbeSensor傳感器及其外圍電路組成,還包括供電模塊、串口模塊、GPS模塊及能源管理模塊的設(shè)計(jì)。在軟件設(shè)計(jì)上,節(jié)點(diǎn)采用休眠喚醒工作機(jī)制來(lái)降低功耗。為節(jié)點(diǎn)編寫了驅(qū)動(dòng)程序、通信協(xié)議和應(yīng)用程序,其中包括系統(tǒng)初始化、傳感器數(shù)據(jù)采集與處理、路由協(xié)議、數(shù)據(jù)傳輸方式、休眠喚醒機(jī)制、時(shí)間同步算法和組網(wǎng)入網(wǎng)協(xié)議等程序。對(duì)節(jié)點(diǎn)的主要性能,包括節(jié)點(diǎn)功耗、通信距離、電池放電特性、生命周期、性能比較和功能拓展等進(jìn)行了分析和測(cè)試。組網(wǎng)試驗(yàn)結(jié)果表明:節(jié)點(diǎn)及其網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠,組網(wǎng)系統(tǒng)有效通信距離遠(yuǎn),具有低功耗、異常報(bào)警等優(yōu)點(diǎn)。將無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用在農(nóng)村飲用水安全監(jiān)測(cè)中,符合當(dāng)前飲用水水質(zhì)監(jiān)測(cè)智能化與信息化的要求,對(duì)提高農(nóng)村飲用水質(zhì)量、保障飲用水安全、減輕監(jiān)測(cè)人員工作強(qiáng)度等都具有良好的實(shí)際效益。
【關(guān)鍵詞】：無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò) 農(nóng)村飲用水 水質(zhì)監(jiān)測(cè) 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì) 低功耗
【學(xué)位授予單位】：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP212.9;TN929.5;TP274
【目錄】：

• 摘要3-4
• Abstract4-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 課題研究的背景及意義9-11
• 1.1.1 課題背景9-10
• 1.1.2 研究意義10-11
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.1 國(guó)外面向水資源監(jiān)測(cè)的WSN節(jié)點(diǎn)研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)面向水資源監(jiān)測(cè)的WSN節(jié)點(diǎn)研究現(xiàn)狀12-14
• 1.3 論文研究?jī)?nèi)容與結(jié)構(gòu)安排14-16
• 1.3.1 論文研究?jī)?nèi)容14-15
• 1.3.2 論文結(jié)構(gòu)安排15-16
• 1.4 本章小結(jié)16-17
• 2 基于WSN的農(nóng)村飲用水安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述17-25
• 2.1 系統(tǒng)功能概述17
• 2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理17-19
• 2.3 系統(tǒng)主要組成部件19
• 2.4 WSN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)及要點(diǎn)19-24
• 2.4.1 WSN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)19-22
• 2.4.2 WSN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要點(diǎn)22-24
• 2.5 本章小結(jié)24-25
• 3 節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)25-44
• 3.1 節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案概述25-26
• 3.2 節(jié)點(diǎn)元器件選型26-31
• 3.3 節(jié)點(diǎn)硬件實(shí)現(xiàn)31-43
• 3.3.1 處理器模塊31-33
• 3.3.2 無(wú)線通信模塊33-34
• 3.3.3 傳感器模塊34-35
• 3.3.4 串口通信模塊35-36
• 3.3.5 供電模塊36-38
• 3.3.6 能量管理模塊38-39
• 3.3.7 GPS模塊39-41
• 3.3.8 節(jié)點(diǎn)整體實(shí)現(xiàn)41-43
• 3.4 本章小結(jié)43-44
• 4 節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)44-59
• 4.1 驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)44-51
• 4.1.1 系統(tǒng)初始化程序44-46
• 4.1.2 傳感器數(shù)據(jù)采集與處理程序46-51
• 4.2 通信協(xié)議設(shè)計(jì)51-57
• 4.2.1 無(wú)線通信數(shù)據(jù)格式51-52
• 4.2.2 路由協(xié)議設(shè)計(jì)52-53
• 4.2.3 數(shù)據(jù)傳輸方式設(shè)計(jì)53-54
• 4.2.4 休眠喚醒機(jī)制54-55
• 4.2.5 時(shí)間同步算法設(shè)計(jì)55-56
• 4.2.6 組網(wǎng)入網(wǎng)協(xié)議設(shè)計(jì)56-57
• 4.3 應(yīng)用程序設(shè)計(jì)57-58
• 4.4 本章小結(jié)58-59
• 5 節(jié)點(diǎn)性能測(cè)試及組網(wǎng)分析59-68
• 5.1 節(jié)點(diǎn)性能測(cè)試59-65
• 5.1.1 節(jié)點(diǎn)通信距離測(cè)試59-61
• 5.1.2 節(jié)點(diǎn)功耗測(cè)試61
• 5.1.3 電池放電特性61-62
• 5.1.4 節(jié)點(diǎn)生命周期62-64
• 5.1.5 節(jié)點(diǎn)性能比較64
• 5.1.6 WSN節(jié)點(diǎn)功能拓展64-65
• 5.2 節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)試驗(yàn)65-67
• 5.2.1 試驗(yàn)及部署方案65-67
• 5.2.2 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)丟包率分析67
• 5.3 本章小結(jié)67-68
• 6 結(jié)論與討論68-70
• 6.1 結(jié)論68-69
• 6.2 討論與展望69-70
• 致謝70-71
• 參考文獻(xiàn)71-75
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間的科研成果75-76
• 附錄B WSN節(jié)點(diǎn)原理圖76-78
• 附錄C WSN節(jié)點(diǎn)PCB圖78-79
• 附錄D WSN節(jié)點(diǎn)程序代碼79-89

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：766827