【摘要】：隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速的發(fā)展,使工業(yè)生產(chǎn)越來越智能化、信息化。在傳統(tǒng)光纜制造車間內(nèi)需要大量操作人員,這樣需要消耗大量人力、財力等成本。通過在光纜制造車間內(nèi)布置傳感器節(jié)點使得數(shù)據(jù)采集越來越方便、高效。光纜制造監(jiān)測系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集、融合、處理等都是建立時間同步的基礎(chǔ)上,因此時間同步是一項重要的技術(shù)支持。由于光纜制造是在室內(nèi)進行的,成熟的GPS無法精確的獲取全球標(biāo)準(zhǔn)時間UTC。將經(jīng)典時間同步算法應(yīng)用在室內(nèi)對傳感器網(wǎng)絡(luò)時間進行同步雖然可行,但經(jīng)典算法隨網(wǎng)絡(luò)節(jié)點增多會增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)、誤差積累等問題不適應(yīng)用于環(huán)境復(fù)雜的光纜制造網(wǎng)絡(luò),因此本文提出移動式線性頻率互異脈沖耦合振蕩器算法。論文主要研究內(nèi)容如下:介紹光纜制造環(huán)境下使用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)支持,進而引出關(guān)鍵的時間同步技術(shù)以及時間同步問題。分析了無線傳感網(wǎng)絡(luò)時間同步原理和一些經(jīng)典的時間同步算法,由于經(jīng)典時間同步算法存在不足,則提出脈沖耦合振蕩器算法(Pulse coupled oscillator algorithm,PCOs)。通過對PCOs算法進行分析研究,因PCOs算法是非線性且會增加網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān),從而提出線性PCOs算法。由于在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中各傳感器晶振頻率不相同且隨時間推移晶振溫度升高造成漂移現(xiàn)象,利用最小二乘法曲線擬合(least-squares curve fitting,LSCF)能有效解決晶振頻率問題提高同步時間精度。為全方位監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,提出移動式線性頻率互異PCOs算法。通過Matlab軟件仿真驗證節(jié)點最后能較好地達到同步,同時比較了網(wǎng)絡(luò)參數(shù)速度v、耦合強度ε、節(jié)點n在相對區(qū)間內(nèi)與同步時間收斂速度成正比。在硬件系統(tǒng)中主要采用嵌入式芯片STM32F051作為控制中心以及CC2530開發(fā)套件作為傳感節(jié)點硬件;在軟件系統(tǒng)中應(yīng)用IAR對程序進行編程設(shè)計。通過驗證,本文設(shè)計的算法能使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間的時間同步誤差值在[0,10]us區(qū)間內(nèi),表明網(wǎng)絡(luò)節(jié)點時間能有效達到同步。從而可以得出將移動式線性頻率互異PCOs算法應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)中更能有效解決光纜制造中無線傳感器網(wǎng)絡(luò)時間同步問題。
[Abstract]:With the rapid development of Internet of things technology, industrial production is becoming more and more intelligent and information-based. A large number of operators are required in the traditional optical cable manufacturing workshop, which requires a large amount of manpower, financial resources and other costs. It is more and more convenient and efficient to collect data by arranging sensor nodes in the optical fiber optic cable manufacturing workshop. Data acquisition, fusion and processing in optical cable manufacturing monitoring system are all based on the establishment of time synchronization. Therefore, time synchronization is an important technical support. Because optical cable manufacturing is carried out indoors, mature GPS is unable to accurately obtain the global standard time UTC. It is feasible to use the classical time synchronization algorithm to synchronize the time of sensor network indoors, but the classical algorithm will increase the network burden with the increase of network nodes, and the problem of error accumulation is not suitable for the optical fiber optic cable manufacturing network with complex environment. Therefore, a mobile linear frequency reciprocal pulse coupled oscillator algorithm is proposed in this paper. The main contents of this paper are as follows: the status quo and key technical support of wireless sensor networks in optical cable manufacturing environment are introduced, and then the key technology of time synchronization and time synchronization are introduced. The time synchronization principle of wireless sensor network and some classical time synchronization algorithms are analyzed. A pulse coupled oscillator (Pulse coupled oscillator algorithm,PCOs) algorithm is proposed because of the shortcomings of the classical time synchronization algorithm. By analyzing and studying the PCOs algorithm, the linear PCOs algorithm is proposed because the PCOs algorithm is nonlinear and will increase the network burden. Because the crystal oscillator frequency of each sensor is different in wireless sensor networks and the crystal oscillator temperature increases over time, the least squares curve fitting (least-squares curve fitting,) is used to simulate the drift phenomenon. LSCF) can effectively solve the problem of crystal oscillator frequency and improve the precision of synchronization time. In order to monitor the network environment in an all-round way, a mobile linear frequency reciprocal PCOs algorithm is proposed. The simulation of Matlab software shows that the node can achieve synchronization well at last. At the same time, the speed of network parameter v, coupling intensity 蔚 and node n are proportional to the convergence rate of synchronization time in the relative interval. In the hardware system, the embedded chip STM32F051 is used as the control center and the CC2530 development kit is used as the sensor node hardware, and the program is programmed with IAR in the software system. Through verification, the algorithm designed in this paper can make the time synchronization error between nodes in [0, 10] us, which shows that the time synchronization of network nodes can be achieved effectively. Therefore, it can be concluded that the time synchronization problem of wireless sensor networks in optical cable manufacturing can be solved more effectively by applying the mobile linear frequency reciprocal PCOs algorithm to the network.
【學(xué)位授予單位】：安徽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP212.9;TN929.5

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本文編號：2443647