用于大坝监测的无线传感器网络节点设计与实现

论文摘要

大坝作为一个特殊的建筑,保证其运行安全极为重要。本文以某大坝的渗流监测为背景,将无线传感器网络技术应用于大坝监测,从方案上和技术上对解决目前大坝监测的诸多问题进行了研究,为从工程上解决这些问题做好了方案上和技术上储备。论文首先概述了大坝监测系统的发展和无线传感器网络技术的发展,在了解大坝监测相关标准和设备要求的基础上,提出将无线传感器网络应用于大坝监测的方案。接着对无线传感器网络中的无线节点进行了软硬件设计与实现。无线节点的硬件设计按模块化进行设计,通过不同组合实现不同的功能,硬件部分模块有太阳能电能转换模块、无线收发模块、I／O接口板模块、串口通信模块以及渗流传感器检测仪模块；软件在TinyOS操作系统上使用nesC语言按照组件化设计,软件部分包括路由协议、时间同步以及应用程序设计与实现。最后进行了系统调试和问题讨论。论文提出的基于无线传感器网络技术的大坝监测方案可以解决有线方案成本高、实施难等问题,具有实用意义和推广价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 背景及意义
• 1.2 大坝监测现状与发展
• 1.3 无线传感器网络现状与发展
• 1.4 作者工作和论文安排
• 1.4.1 作者所做的主要工作
• 1.4.2 论文内容安排
• 2 无线传感器网络大坝监测系统总体方案设计
• 2.1 大坝监测系统构成
• 2.2 大坝监测系统功能要求与技术指标
• 2.3 无线传感器网络技术在大坝监测系统中应用方案
• 2.4 IEEE802.15.4标准
• 2.5 本章小结
• 3 系统无线传感器网络节点硬件设计与实现
• 3.1 系统无线传感器网络节点硬件总体设计
• 3.2 太阳能电能转换模块设计与实现
• 3.2.1 太阳能电能转换模块硬件总体设计
• 3.2.2 第一级能量缓存设计
• 3.2.3 第二级能量缓存设计
• 3.2.4 能量输出电路设计
• 3.3 无线收发模块硬件设计与实现
• 3.3.1 无线收发模块硬件总体设计
• 3.3.2 无线收发模块电路设计
• 3.4 I/O接口板模块设计与实现
• 3.4.1 接口板总体设计
• 3.4.2 接口板电源设计
• 3.4.3 接口板数字量输入输出设计
• 3.4.4 接口板模拟量输入输出设计
• 3.5 串口通信模块设计与实现
• 3.6 渗流传感器检测仪模块设计与实现
• 3.6.1 温度调理电路设计
• 3.6.2 压力调理电路设计
• 3.7 本章小结
• 4 系统无线传感器网络节点软件设计与实现
• 4.1 无线传感器网络节点操作系统
• 4.1.1 概述
• 4.1.2 TinyOS基于组件的编程模型
• 4.1.3 TinyOS基于事件触发的并发执行模型
• 4.1.4 TinyOS通信模型
• 4.1.5 nesC语言
• 4.1.6 开发环境
• 4.2 软件总体设计
• 4.3 AODV路由协议设计与实现
• 4.3.1 AODV路由协议概述
• 4.3.2 AODV路由协议修改
• 4.3.3 AODV路由协议实现
• 4.4 全局时间同步协议设计与实现
• 4.4.1 全局时间同步协议设计
• 4.4.2 全局时间同步协议实现
• 4.5 节点应用层软件设计与实现
• 4.5.1 I/O接口板模块驱动程序设计与实现
• 4.5.2 太阳能电能转换模块驱动程序设计与实现
• 4.5.3 渗流传感器检测仪无线节点驱动程序设计与实现
• 4.5.4 协调器驱动程序设计与实现
• 4.6 本章小结
• 5 系统无线传感器网络节点调试与问题讨论
• 5.1 系统调试
• 5.1.1 硬件调试
• 5.1.2 软件调试
• 5.2 问题讨论
• 5.3 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 无线收发模块PCB
• 附录B 太阳能电能转换模块PCB
• 附录C I/O接口板模块PCB
• 附录D 渗流传感器检测仪模块PCB