一種頻譜監(jiān)測無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與研究
發(fā)布時間:2021-02-12 12:10
由于調(diào)頻(Frequency Modulation,FM)廣播信息處理技術(shù)成熟、設(shè)備架設(shè)成本低、系統(tǒng)維護簡單,因此被廣泛應(yīng)用于民用領(lǐng)域的音頻信息廣播。非法違規(guī)架設(shè)發(fā)射機,播放低俗內(nèi)容、非法廣告、散布謠言等情況時常發(fā)生。而無線電監(jiān)測管理中心使用的監(jiān)測設(shè)備價格昂貴,維護困難,設(shè)備間無法進行組網(wǎng)通信。并且主要依靠人為操作或群眾舉報投訴的方式發(fā)現(xiàn)非法廣播。因此,研究一種可實現(xiàn)組網(wǎng)通信,自動判決信號的合法性的頻譜監(jiān)測系統(tǒng)具有重要的現(xiàn)實意義和應(yīng)用價值。本文提出了一種基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的頻譜監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可實現(xiàn)對監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的FM廣播信號的采集、傳輸、處理、分析、判決與結(jié)果顯示。完成的主要研究工作如下:1.設(shè)計并實現(xiàn)監(jiān)測節(jié)點:針對現(xiàn)有的頻譜監(jiān)測手段存在的不足,設(shè)計了一種頻譜監(jiān)測節(jié)點。該節(jié)點采用CC2530芯片作為控制模塊,利用TEA5767芯片加上外圍器件作為調(diào)頻信號接收模塊。通過實驗驗證了系統(tǒng)設(shè)計的頻譜監(jiān)測節(jié)點可實現(xiàn)對頻段范圍為87-108MHz的FM廣播信號的采集,節(jié)點間可實現(xiàn)組網(wǎng)通信,無線傳輸數(shù)據(jù)等操作。2.應(yīng)用數(shù)據(jù)融合技術(shù):為了解決監(jiān)控終端在接收數(shù)據(jù)時存在的數(shù)據(jù)冗余問題,在監(jiān)測系統(tǒng)中嵌入了數(shù)...
【文章來源】:云南民族大學(xué)云南省
【文章頁數(shù)】:84 頁
【學(xué)位級別】:碩士
【部分圖文】:
三種主
云南民族大學(xué)碩士學(xué)位論文2(a)小型固定基站(b)移動監(jiān)測站(c)便攜式監(jiān)測設(shè)備圖1.1三種主要的監(jiān)測手段圖中固定基站的監(jiān)測能力強,監(jiān)測的頻段范圍較廣,但成本高,靈活性差。移動監(jiān)測站采用車載方式,攜帶設(shè)備較多。便攜式監(jiān)測設(shè)備體積較大,設(shè)備維護困難。上述監(jiān)測設(shè)備均需要人工參與的方式對頻率進行識別和判決,無法自動生成相應(yīng)的分析判決結(jié)果,并且設(shè)備間均無法進行通信。當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生故障時,故障的設(shè)備所監(jiān)測的數(shù)據(jù)就發(fā)送不到終端設(shè)備上,使得該區(qū)域的監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)丟失情況,導(dǎo)致監(jiān)控終端不能對其收集的數(shù)據(jù)進行處理,很可能造成對非法電臺的漏判。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork,WSN)[3]是一種集傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)等多項技術(shù)于一身的分布式信息獲取系統(tǒng),F(xiàn)已應(yīng)用在不同領(lǐng)域中,如實現(xiàn)船舶信息采集、隧道監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測等[4-6]。可通過不同的投放方式將具有計算與通信能力的傳感器節(jié)點部署在預(yù)定的監(jiān)測區(qū)域,滿足人們隨時隨地獲取區(qū)域內(nèi)可靠實時信息的需求。其具有以下特點:(1)硬件資源有限。由于無線傳感器節(jié)點受成本、能耗和體積等方面的約束,因此其計算能力、存儲空間不及電腦,此外還需要設(shè)計簡單有效的協(xié)議。(2)電源容量有限。無線傳感器節(jié)點的供電方式主要有電源適配器或電池供電,電池容量較小,將其應(yīng)用在特殊領(lǐng)域中時,無法給節(jié)點充電或更換電池。當(dāng)電池能量消耗完后,節(jié)點也就停止了工作。因此在設(shè)計傳感器網(wǎng)絡(luò)過程中需要考慮的首要因素是節(jié)能。(3)大量的傳感器節(jié)點。為了實現(xiàn)對一個區(qū)域的全面監(jiān)測以及確保無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的抗毀性和容錯性,往往有大量傳感器節(jié)點以各種方式放置在該區(qū)域中,導(dǎo)致節(jié)點的分布較為密集。(4)動態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng)多個傳感器節(jié)點以自組織方式?
第2章頻譜監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案13圖中電源模塊為其他模塊供電,F(xiàn)M廣播信號接收模塊用于采集FM廣播信號,無線傳輸模塊則實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸,控制器模塊主要實現(xiàn)節(jié)點間的組網(wǎng)通信。以下將對系統(tǒng)硬件方案使用的各個模塊進行介紹:2.4.1控制器模塊現(xiàn)有的能實現(xiàn)節(jié)點間組網(wǎng)的控制器有CC2430、CC2431、CC2530等。根據(jù)節(jié)點體積的大孝組網(wǎng)功能、抗外界干擾能力,本文選用兼容8051內(nèi)核和ZigBee協(xié)議的CC2530芯片作為監(jiān)測節(jié)點的核心處理器。該芯片具有體積孝可實現(xiàn)節(jié)點間的自組網(wǎng)以及受環(huán)境因素影響較小等特點,其工作電壓為2V~3.6V,傳輸數(shù)據(jù)速率為20~250Kbps[39]。圖2.4為CC2530芯片的電路原理圖及模塊實物圖。圖2.4CC2530芯片電路原理圖和模塊實物2.4.2FM廣播信號接收模塊根據(jù)國家廣電總局《調(diào)頻廣播覆蓋網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》[40]我國調(diào)頻廣播信號接收到的頻段范圍為87-108MHz。為實現(xiàn)監(jiān)測節(jié)點的低成本、小型化以及對調(diào)頻信號的采集,系統(tǒng)選用飛利浦公司的TEA5767芯片加上外圍器件的調(diào)頻信號接收
【參考文獻】:
期刊論文
[1]QTT臺址自動化電波環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 劉奇,王玥,劉曄,劉烽,陳卯蒸,王娜,曹亮,閆浩. 中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2019(09)
[2]基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的船舶信息采集系統(tǒng)設(shè)計[J]. 王明超. 艦船科學(xué)技術(shù). 2018(24)
[3]基于無線ZigBee技術(shù)的隧道監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J]. 彭毅弘,鄭凌云. 儀表技術(shù)與傳感器. 2018(11)
[4]基于軟件無線電與數(shù)據(jù)庫的頻譜分析系統(tǒng)[J]. 劉偉,陳真佳,張永輝,劉一鳴. 計算機工程與設(shè)計. 2018(08)
[5]基于斐波那契樹優(yōu)化算法的切削參數(shù)多方案優(yōu)化方法[J]. 王霞,呂丹桔,董易,王耀民,李鵬,吳海鋒,施心陵. 控制與決策. 2018(08)
[6]超短波無線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 毛九平,鄭霖,劉爭紅. 計算機工程. 2017(07)
[7]基于能量檢測的異步感知算法[J]. 余盼,李斌,趙成林. 通信學(xué)報. 2017(03)
[8]基于Labview的頻譜監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 夏偉,邱斌,丁風(fēng)海,余清華. 計算機測量與控制. 2016(12)
[9]模擬廣播信號自動識別技術(shù)與實現(xiàn)[J]. 童珉,趙承平. 廣播與電視技術(shù). 2016(02)
[10]衛(wèi)星測控站頻譜監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案及實現(xiàn)[J]. 昂正全,趙京廣,李一超. 計算機測量與控制. 2014(11)
碩士論文
[1]基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式頻譜監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)研究[D]. 付超玄.北京郵電大學(xué) 2018
[2]基于聚類分析的調(diào)頻廣播信號識別方法研究[D]. 閆皓輝.西華大學(xué) 2017
[3]無線頻譜監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)嵌入式系統(tǒng)移植與開發(fā)[D]. 劉曉生.西安電子科技大學(xué) 2014
[4]基于模糊集與統(tǒng)計理論的多傳感器數(shù)據(jù)融合算法研究[D]. 楊國寧.太原理工大學(xué) 2013
[5]基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)電磁頻譜監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合算法性能分析[D]. 馬超.西安電子科技大學(xué) 2012
[6]基于頻譜感知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理[D]. 秦五一.西安電子科技大學(xué) 2012
[7]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的頻譜感知技術(shù)研究[D]. 劉坤.西安電子科技大學(xué) 2011
本文編號:3030845
【文章來源】:云南民族大學(xué)云南省
【文章頁數(shù)】:84 頁
【學(xué)位級別】:碩士
【部分圖文】:
三種主
云南民族大學(xué)碩士學(xué)位論文2(a)小型固定基站(b)移動監(jiān)測站(c)便攜式監(jiān)測設(shè)備圖1.1三種主要的監(jiān)測手段圖中固定基站的監(jiān)測能力強,監(jiān)測的頻段范圍較廣,但成本高,靈活性差。移動監(jiān)測站采用車載方式,攜帶設(shè)備較多。便攜式監(jiān)測設(shè)備體積較大,設(shè)備維護困難。上述監(jiān)測設(shè)備均需要人工參與的方式對頻率進行識別和判決,無法自動生成相應(yīng)的分析判決結(jié)果,并且設(shè)備間均無法進行通信。當(dāng)某一設(shè)備發(fā)生故障時,故障的設(shè)備所監(jiān)測的數(shù)據(jù)就發(fā)送不到終端設(shè)備上,使得該區(qū)域的監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)丟失情況,導(dǎo)致監(jiān)控終端不能對其收集的數(shù)據(jù)進行處理,很可能造成對非法電臺的漏判。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetwork,WSN)[3]是一種集傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)、嵌入式計算技術(shù)等多項技術(shù)于一身的分布式信息獲取系統(tǒng),F(xiàn)已應(yīng)用在不同領(lǐng)域中,如實現(xiàn)船舶信息采集、隧道監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)測等[4-6]。可通過不同的投放方式將具有計算與通信能力的傳感器節(jié)點部署在預(yù)定的監(jiān)測區(qū)域,滿足人們隨時隨地獲取區(qū)域內(nèi)可靠實時信息的需求。其具有以下特點:(1)硬件資源有限。由于無線傳感器節(jié)點受成本、能耗和體積等方面的約束,因此其計算能力、存儲空間不及電腦,此外還需要設(shè)計簡單有效的協(xié)議。(2)電源容量有限。無線傳感器節(jié)點的供電方式主要有電源適配器或電池供電,電池容量較小,將其應(yīng)用在特殊領(lǐng)域中時,無法給節(jié)點充電或更換電池。當(dāng)電池能量消耗完后,節(jié)點也就停止了工作。因此在設(shè)計傳感器網(wǎng)絡(luò)過程中需要考慮的首要因素是節(jié)能。(3)大量的傳感器節(jié)點。為了實現(xiàn)對一個區(qū)域的全面監(jiān)測以及確保無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的抗毀性和容錯性,往往有大量傳感器節(jié)點以各種方式放置在該區(qū)域中,導(dǎo)致節(jié)點的分布較為密集。(4)動態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。當(dāng)多個傳感器節(jié)點以自組織方式?
第2章頻譜監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案13圖中電源模塊為其他模塊供電,F(xiàn)M廣播信號接收模塊用于采集FM廣播信號,無線傳輸模塊則實現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸,控制器模塊主要實現(xiàn)節(jié)點間的組網(wǎng)通信。以下將對系統(tǒng)硬件方案使用的各個模塊進行介紹:2.4.1控制器模塊現(xiàn)有的能實現(xiàn)節(jié)點間組網(wǎng)的控制器有CC2430、CC2431、CC2530等。根據(jù)節(jié)點體積的大孝組網(wǎng)功能、抗外界干擾能力,本文選用兼容8051內(nèi)核和ZigBee協(xié)議的CC2530芯片作為監(jiān)測節(jié)點的核心處理器。該芯片具有體積孝可實現(xiàn)節(jié)點間的自組網(wǎng)以及受環(huán)境因素影響較小等特點,其工作電壓為2V~3.6V,傳輸數(shù)據(jù)速率為20~250Kbps[39]。圖2.4為CC2530芯片的電路原理圖及模塊實物圖。圖2.4CC2530芯片電路原理圖和模塊實物2.4.2FM廣播信號接收模塊根據(jù)國家廣電總局《調(diào)頻廣播覆蓋網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》[40]我國調(diào)頻廣播信號接收到的頻段范圍為87-108MHz。為實現(xiàn)監(jiān)測節(jié)點的低成本、小型化以及對調(diào)頻信號的采集,系統(tǒng)選用飛利浦公司的TEA5767芯片加上外圍器件的調(diào)頻信號接收
【參考文獻】:
期刊論文
[1]QTT臺址自動化電波環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 劉奇,王玥,劉曄,劉烽,陳卯蒸,王娜,曹亮,閆浩. 中國科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2019(09)
[2]基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的船舶信息采集系統(tǒng)設(shè)計[J]. 王明超. 艦船科學(xué)技術(shù). 2018(24)
[3]基于無線ZigBee技術(shù)的隧道監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計[J]. 彭毅弘,鄭凌云. 儀表技術(shù)與傳感器. 2018(11)
[4]基于軟件無線電與數(shù)據(jù)庫的頻譜分析系統(tǒng)[J]. 劉偉,陳真佳,張永輝,劉一鳴. 計算機工程與設(shè)計. 2018(08)
[5]基于斐波那契樹優(yōu)化算法的切削參數(shù)多方案優(yōu)化方法[J]. 王霞,呂丹桔,董易,王耀民,李鵬,吳海鋒,施心陵. 控制與決策. 2018(08)
[6]超短波無線認(rèn)知傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 毛九平,鄭霖,劉爭紅. 計算機工程. 2017(07)
[7]基于能量檢測的異步感知算法[J]. 余盼,李斌,趙成林. 通信學(xué)報. 2017(03)
[8]基于Labview的頻譜監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 夏偉,邱斌,丁風(fēng)海,余清華. 計算機測量與控制. 2016(12)
[9]模擬廣播信號自動識別技術(shù)與實現(xiàn)[J]. 童珉,趙承平. 廣播與電視技術(shù). 2016(02)
[10]衛(wèi)星測控站頻譜監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計方案及實現(xiàn)[J]. 昂正全,趙京廣,李一超. 計算機測量與控制. 2014(11)
碩士論文
[1]基于傳感器網(wǎng)絡(luò)的分布式頻譜監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)研究[D]. 付超玄.北京郵電大學(xué) 2018
[2]基于聚類分析的調(diào)頻廣播信號識別方法研究[D]. 閆皓輝.西華大學(xué) 2017
[3]無線頻譜監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)嵌入式系統(tǒng)移植與開發(fā)[D]. 劉曉生.西安電子科技大學(xué) 2014
[4]基于模糊集與統(tǒng)計理論的多傳感器數(shù)據(jù)融合算法研究[D]. 楊國寧.太原理工大學(xué) 2013
[5]基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)電磁頻譜監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合算法性能分析[D]. 馬超.西安電子科技大學(xué) 2012
[6]基于頻譜感知無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)管理[D]. 秦五一.西安電子科技大學(xué) 2012
[7]無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的頻譜感知技術(shù)研究[D]. 劉坤.西安電子科技大學(xué) 2011
本文編號:3030845
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