海洋水环境监测系统中无线传感网络的研究

论文摘要

海洋环境监测是人类预防海洋污染、掌握海洋环境条件及其变化规律的基本手段。海洋环境监测的能力,直接影响着海洋资源开发和海洋环境保护的程度和效果。本文将无线传感网络技术应用于海洋水环境监测中,实时监测、感知和采集传感网络所分布的海洋区域内的各种监测对象的信息,传送给需要这些信息的用户。论文首先研究了构建无线传感网络的理论基础(即Zigbee协议),包括特点、组成、结构、协议栈等。然后基于Zigbee协议在硬件方面对无线传感网络结构进行了设计,包括微处理器单元、Zigbee模块、以及电源模块在内的构成无线传感网络所用到的器件。编写单片机C语言程序完成系统相关软件的设计。其次,考虑到现场各方面因素,研究并实现了将各种海洋数据无线传输至监测中心。此部分采用的是GPRS(通用分组无线业务)这种长距离无线通信技术来负责数据的上传以及接收上位机的控制命令。从而用户能够在端到端分组传送模式下发送和接收数据。然后,研究了定位系统体系结构、定位方法及定位原理。在此研究的基础上,采用了GPS技术来实现各传感网络节点的定位。并利用GPRS模块实现了GPS定位信息的上传,实现了上位机对定位信息的显示与分析。最后,对所设计的系统在实验室进行实验验证,包括系统PCB的设计、实验电路的搭建、调试、上位机的信息接收显示等。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3 无线传感网络发展及应用
• 1.3.1 无线传感网络起源
• 1.3.2 无线传感网络组成及特点
• 1.3.3 无线传感网络的应用
• 1.3.4 无线传感网络的发展
• 1.4 论文的研究内容和组织结构
• 第2章 构建无线传感网络技术基础
• 2.1 ZIGBEE 技术概述
• 2.1.1 Zigbee 技术简介
• 2.1.2 Zigbee 技术特点
• 2.1.3 Zigbee 设备组成
• 2.1.4 Zigbee 网络拓扑结构
• 2.2 ZIGBEE 协议栈介绍
• 2.2.1 Zigbee 协议栈概述
• 2.2.2 IEEE802.15.4 协议简介
• 2.2.3 IEEE802.15.4 物理层
• 2.2.4 MAC 层
• 2.2.5 网络层
• 2.2.6 应用层
• 2.3 本章小结
• 第3章 数据传输技术与定位基础
• 3.1 GPRS 技术
• 3.1.1 GPRS 技术概述
• 3.1.2 GPRS 技术优点
• 3.1.3 GPRS 网络结构
• 3.2 GPS 技术
• 3.2.1 GPS 技术概述
• 3.2.2 GPS 定位系统体系结构
• 3.2.3 GPS 定位方法
• 3.2.4 GPS 定位原理
• 3.3 本章小结
• 第4章 系统硬件设计
• 4.1 系统总体设计
• 4.1.1 微处理器的选择
• 4.1.2 实时时钟的选择
• 4.1.3 无线传感网络模块的选取
• 4.1.4 GPRS 模块的选取以及参数配置
• 4.1.5 GPS 模块的选取
• 4.2 节点系统框图
• 4.3 系统搭建
• 4.3.1 MCU 与LQ8110 连接关系
• 4.3.2 MCU 与M-87 的连接关系
• 4.3.3 电源电路设计
• 4.4 本章小结
• 第5章 软件设计、网络协议及实验结果
• 5.1 组网方式
• 5.1.1 由公网固定IP
• 5.1.2 由内网固定IP
• 5.1.3 由移动APN 专网固定IP
• 5.2 软件设计
• 5.3 通信协议
• 5.3.1 TCP/IP 协议
• 5.3.2 UDP 协议
• 5.3.3 PPP 协议
• 5.4 GPS 数据语句
• 5.5 实验系统及结果
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介