本文關鍵詞：小型水域水下監(jiān)測通信平臺的設計及實驗，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著人們對水環(huán)境的日益重視,以及水資源稀缺、水污染等影響人類生活的現象日漸頻繁,建立起對水環(huán)境足夠的監(jiān)管力度成為了我國乃至世界上許多國家的政府迫在眉睫的任務。對于小型水域(江河湖),我們需要傳感器節(jié)點來監(jiān)測其溫度、化學成分、pH值等等各類參數,這些節(jié)點一般是被安裝在水中需要長期監(jiān)測。于是,開發(fā)一種低成本的、高效的、低功耗的適用于此類小型水域的水下監(jiān)測平臺則具有很強的現實意義。本文在此背景上研發(fā)了一種具有水下監(jiān)測功能的平臺,通過在水中安放監(jiān)測節(jié)點,對小型水域的水質進行監(jiān)測。設計的過程包括通信硬件電路的設計、通信調制解調模式的選擇及程序編寫、通信協(xié)議的編寫以及實驗室環(huán)境和開放性湖水中的實驗測試。在總結了各類通信方法的情況下,本文選擇了水下聲通信作為通信的載體。而由于水下聲信道本身具有的多徑效應、多普勒效應和時空畸變等特性,傳統(tǒng)的通信編碼方式往往需要高性能高主頻的主控芯片來實現。本文創(chuàng)新性地引入線性調制編碼(Chirp FSK)的方法,并將其通信程序編寫在低功耗的MCU芯片中,在保證通信正確率和速率的情況下,實現了節(jié)點的低功耗運行。為了保證通信的可靠性,本文單獨設計了用于激發(fā)和接收聲波信號的電路,采用了RFID式的喚醒模式來實現系統(tǒng)的超低功耗運行。發(fā)射電路方面,本文對比了多種功放電路,設計了最為有效但節(jié)能的放大電路；接收電路方面,本文結合了生物電微弱信號放大電路的設計方法和射頻電路中的威爾金森功分器電路原理,設計了高可靠性的濾波放大電路,保證了通信的正確率。并在實驗室環(huán)境中大量測試了通信樣機,將其誤碼率控制在0.06%以內。在系統(tǒng)實現方面,本文設計了主從節(jié)點的通信方式,通過結合了移動節(jié)點和固定節(jié)點之間的信息,利用了傳感器組網的方式,在水中建立監(jiān)測網絡。并選在半徑為50-100米的開放性湖水中進行了測試,實現了對水環(huán)境的參數監(jiān)測。
【關鍵詞】：水質監(jiān)測 水聲通信 線性調制編碼 TinyOS
【學位授予單位】：浙江大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X84
【目錄】：

• 致謝5-6
• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 緒論11-17
• 1.1 背景和研究意義11-12
• 1.2 水聲通信的國內外研究及發(fā)展現狀12-14
• 1.3 水聲通信監(jiān)測平臺的國內外研究及發(fā)展現狀14-15
• 1.4 小型水域水聲通信監(jiān)測平臺的特點15-16
• 1.5 論文的主要研究內容16-17
• 第2章 水聲通信的概念及水下監(jiān)測平臺的網絡結構介紹17-29
• 2.1 水聲通信的基本概念17-24
• 2.1.1. 水聲通信的特點17
• 2.1.2. 水聲通信信道17-21
• 2.1.3. 水聲通信常用通信方式21-24
• 2.2 水下監(jiān)測平臺的網絡結構介紹24-26
• 2.3 小型流域水下監(jiān)測平臺的系統(tǒng)架構26-28
• 2.4 本章小結28-29
• 第3章 水下監(jiān)測平臺節(jié)點的硬件設計29-54
• 3.1 水下監(jiān)測平臺節(jié)點設計方案綜述29-32
• 3.1.1. 節(jié)點功能總述及設計原則29
• 3.1.2. 節(jié)點的功能設計29-32
• 3.2 水下監(jiān)測節(jié)點系統(tǒng)數字電路設計32-35
• 3.3 水下監(jiān)測節(jié)點通信發(fā)射電路設計35-42
• 3.3.1. 水聲信號放大電路35-37
• 3.3.2. 信號功率放大電路37-40
• 3.3.3. 超聲波換能器寬帶匹配技術40-42
• 3.4 水下監(jiān)測節(jié)點信號接收電路的設計42-53
• 3.4.1. 聲納技術43-45
• 3.4.2. 接收電路總體設計方案45-46
• 3.4.3. 接收電路設計46-53
• 3.5 本章小結53-54
• 第4章 Chirp FSK的通信原理及實現54-70
• 4.1 Chirp FSK的調制解調原理54-61
• 4.1.1. Chirp FSK調制54-56
• 4.1.2. Chirp FSK解調56-61
• 4.2 水聲通信系統(tǒng)發(fā)射接收程序設計61-67
• 4.2.1. 水聲通信發(fā)射程序61-64
• 4.2.2. 水聲通信接收程序設計64-66
• 4.2.3. Chirp FSK與其他常用調頻方法的比較66-67
• 4.3 本章小結67-70
• 第5章 水下監(jiān)測平臺通信協(xié)議和測試實驗70-88
• 5.1 水下監(jiān)測平臺網絡通信協(xié)議軟件開發(fā)70-75
• 5.1.1. 水下監(jiān)測平臺運行方式70-71
• 5.1.2. TinyOS操作系統(tǒng)簡介71
• 5.1.3. 水下監(jiān)測平臺通信協(xié)議實現方式71-75
• 5.2 水下監(jiān)測平臺節(jié)點制作與實驗環(huán)境75-79
• 5.2.1. 節(jié)點制作75-77
• 5.2.2. 實驗環(huán)境介紹77-79
• 5.3 點對點通信實驗79-84
• 5.3.1. 長時間通信79-80
• 5.3.2. 實驗環(huán)境對比80-82
• 5.3.3. 多普勒效應實驗82-84
• 5.4 水下監(jiān)測平臺試驗84-87
• 5.5 本章小結87-88
• 第6章 總結與展望88-89
• 參考文獻89-93
• 攻讀碩士學位期間主要研究成果93

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前7條

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  本文關鍵詞：小型水域水下監(jiān)測通信平臺的設計及實驗，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：286059