本文關鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)通信技術及其在地磁監(jiān)測中的應用研究

  更多相關文章： Cortex-M3 物聯(lián)網(wǎng) 地磁監(jiān)測 LwIP協(xié)議 分布式

【摘要】：進入21世紀以來,地殼活動進入了活躍期,世界多地都發(fā)生破壞性較大的強震,對人民的生命財產造成重大損失。但是對于地震這種常見的自然災害的預報,特別是準確的短臨預報仍然是公認的世界性難題。地震研究工作者綜合大量震例以及對地震前的地磁信號的研究與分析發(fā)現(xiàn),地磁異常信號與地震前兆有-定的相關性,這種相關性的研究對臨震預警是一種有效的方法。但是目前國內現(xiàn)有的地磁監(jiān)測數(shù)量較少且分布分散,需要較多的測量人員流動測量,不利于對地磁數(shù)據(jù)持續(xù)、實時、準確的獲取。近年來,雖然出現(xiàn)了高速率、存儲容量大的地磁數(shù)據(jù)采集儀,但是存在著通信方式單一、組網(wǎng)功能缺失或不健全等問題�；谏鲜鰡栴},本文提出并實現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)通信技術的網(wǎng)狀分布式地磁數(shù)據(jù)監(jiān)測方法。本設計中,分布在各地的地磁監(jiān)測終端將采集到的地磁數(shù)據(jù)根據(jù)實際情況通過物聯(lián)網(wǎng)通信技術如以太網(wǎng)、GSM/GPRS、WiFi等通信方式將數(shù)據(jù)上傳到遠端的機智云服務器,數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理和分析的工作由服務器完成。采用網(wǎng)狀分布式的數(shù)據(jù)采集模式的優(yōu)點是降低了對地磁監(jiān)測終端的存儲容量及處理速度的要求,節(jié)省了成本,降低了外界因素對系統(tǒng)的影響,可以采用統(tǒng)計學的方法來判斷某個區(qū)域是否發(fā)生地磁異常,從而判斷地震發(fā)生的可能性。本文中設計的地磁監(jiān)測終端是集地磁傳感采集、信號處理、傳輸和控制于一體的數(shù)據(jù)處理終端。本方案是以Cortex-M3內核的STM32F107單片機結合以太網(wǎng)PHY芯片DM9161A、WiFi芯片ESP8266、GSM/GPRS芯片SIM900A分別構成的各地磁監(jiān)測終端。本文首先研究了地磁特性,闡述了系統(tǒng)的設計方案、各部分相關的組成、原理以及功能實現(xiàn)；接著詳細介紹了監(jiān)測終端各通信模塊、地磁信號采集電路、單片機的外圍電路以及電源電路的設計,其中著重介紹了STM32F107芯片、監(jiān)測終端的WiFi通信模塊、以太網(wǎng)通信模塊、GSM/GPRS通信模塊電路以及地磁信號采集的硬件電路設計。然后分別介紹了LwIP協(xié)議的移植和實現(xiàn)以及地磁監(jiān)測終端各通信模塊軟件驅動的設計、數(shù)據(jù)采集模塊的軟件設計以及操作流程,并給出了相關的通信協(xié)議。此外本文中在硬件和軟件設計方面提出了增強系統(tǒng)抗干擾性和穩(wěn)定性的方法和策略。最后對系統(tǒng)的各個通信方式以及數(shù)據(jù)采集結合上位機以及手機APP進行了相關的實驗和測試。測試結果表明各個模塊通訊正常,并且可以根據(jù)實際情況對地磁異常閾值、校正等參數(shù)進行設置,地磁監(jiān)測終端采集速度快、傳輸實時性高、可以實時的顯示,符合系統(tǒng)最初的設計目的。
【關鍵詞】：Cortex-M3 物聯(lián)網(wǎng) 地磁監(jiān)測 LwIP協(xié)議 分布式
【學位授予單位】：昆明理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P315.7;TN929.5;TP391.44
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-14
• 第一章 緒論14-20
• 1.1 引言14-15
• 1.2 相關技術的研究動態(tài)和現(xiàn)狀15-18
• 1.2.1 無線傳感器網(wǎng)絡15-16
• 1.2.2 物聯(lián)網(wǎng)傳輸技術16-18
• 1.3 本課題研究工作及意義18
• 1.4 本論文的主要內容18-20
• 第二章 地磁監(jiān)測終端相關技術的介紹20-30
• 2.1 WiFi無線網(wǎng)絡技術簡介20
• 2.1.1 WiFi技術20
• 2.1.2 WiFi技術的特點20
• 2.2 GSM/GPRS移動通信技術簡介20-23
• 2.2.1 GSM通信20-22
• 2.2.2 通用分組無線業(yè)務(GPRS)22-23
• 2.3 LwIP協(xié)議棧技術簡介23-27
• 2.3.1 網(wǎng)絡分層24
• 2.3.2 TCP協(xié)議24-26
• 2.3.3 UDP協(xié)議26-27
• 2.4 分布式地磁信號監(jiān)測技術27-28
• 2.5 本章小結28-30
• 第三章 地磁監(jiān)測終端的總體設計30-34
• 3.1 監(jiān)測終端系統(tǒng)具體功能的需求分析30-31
• 3.2 監(jiān)測終端系統(tǒng)總體架構31-32
• 3.3 本章小結32-34
• 第四章 地磁監(jiān)測終端的硬件電路設計34-58
• 4.1 STM32F107主控芯片及其外圍電路設計34-37
• 4.1.1 系統(tǒng)硬件總體框圖34
• 4.1.2 STM32F107主控芯片34-36
• 4.1.3 微控制器外圍電路設計36-37
• 4.2 地磁信號采集電路設計37-43
• 4.2.1 磁傳感器的選擇37-43
• 4.2.2 信號采集電路43
• 4.3 監(jiān)測終端各通信電路模塊設計43-55
• 4.3.1 WIFI通信模塊電路設計43-47
• 4.3.2 以太網(wǎng)通信模塊電路47-51
• 4.3.3 GSM/GPRS通信模塊電路51-55
• 4.4 電源電路設計55-57
• 4.5 本章小結57-58
• 第五章 地磁監(jiān)測終端的軟件設計58-74
• 5.1 主控制芯片驅動程序設計58-60
• 5.2 LwIP協(xié)議棧的移植與實現(xiàn)60-64
• 5.2.1 LwIP協(xié)議移植60-61
• 5.2.2 相關函數(shù)的介紹61-64
• 5.3 數(shù)據(jù)采集模塊程序設計64-67
• 5.4 監(jiān)測終端通信模塊程序設計67-73
• 5.4.1 WIFI通信模塊67-69
• 5.4.2 GSM/GPRS通信模塊69-72
• 5.4.3 以太網(wǎng)通信模塊72-73
• 5.5 本章小結73-74
• 第六章 地磁監(jiān)測終端的測試及運行74-82
• 6.1. 物聯(lián)網(wǎng)通信技術的測試74-77
• 6.1.1 WiFi通信模塊測試74-75
• 6.1.2 GSM/GPRS通信模塊測試75-76
• 6.1.3 以太網(wǎng)通信模塊測試76-77
• 6.2. 地磁監(jiān)測終端與機智云的測試77-82
• 6.2.1 地磁監(jiān)測終端與APP的測試77-78
• 6.2.2 地磁監(jiān)測終端與機智云服務器的測試78-82
• 第七章 論文總結及展望82-84
• 7.1 課題研究成果總結82
• 7.2 課題不足與展望82-84
• 致謝84-86
• 參考文獻86-90
• 附錄A 攻讀碩士學位期間的成果90

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本文編號：956509