无线传感器网络技术在治污设备监控中的应用

论文摘要

设备监控系统是信息网络与控制网络结合的产物。它通过现场控制网络和外部通讯网络,把分布于各地的测量控制设备或控制系统互联起来,实现控制设备间的远程信息交互,完成远程监视与控制任务。而无线传感器网络技术可以连续检测较大范围内的分布式多参数、多变量、组网灵活,能够对某些特殊或危险的无人值守场合的治污设施进行多个运行参数的连续有效监控,有利于对重大水污染事件的有效预防和及时处理,是监控水质治污设施运行状况的有效方法。本课题来源于重庆市科技攻关重大专项项目《三峡库区水环境安全预警平台建设与科学决策关键技术研究》(CSTC2006AA7024)。论文针对设备监控中需对大量的电流、电压和流量信号进行检测的需求,基于无线传感器网络技术,构建了治污设施监控系统原型,主要包括无线数据采集子系统和治污设施后台监控子系统。基于无线传感器网络的治污设施监控系统原型,通过传感器节点把设备运行状态数据采集并发送给控制后台,控制后台显示运行状态并对其进行监测。从而实现对治污设备多种运行参数的连续监测,全面地反映治污设备实时工作状态,有助于及时向环保部门提供实时监控数据。论文的主要研究工作及成果如下:1、分析无线传感器网络和设备监控系统的结构和关键技术,探讨了无线传感器网络在设备监控应用中的可行性;2、根据治污设施监控需求,设计无线传感器网络节点,包括控制模块、数据采集模块和无线通信模块,实现数据采集转换、简单数据分析、数据传输等功能;3、通过对无线传感器网络协议栈体系结构的分析,针对设备监控的实际需求,采用结构化软件设计思想,设计了适用于治污设施监控的无线传感器网络通信协议栈,包括数据链路层、网络层和应用层等;4、设计监控系统的后台控制系统,包括串口接收模块、数据库存储模块、显示查询模块和协调控制模块,实现监控的串口通信、数据存储、查询显示和协调控制等功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状及相关技术
• 1.2.1 国内外研究现状
• 1.2.2 相关技术
• 1.3 课题研究意义和问题的提出
• 1.4 论文的组织结构
• 2 基于传感器网络的治污设备监控技术
• 2.1 设备监控系统
• 2.1.1 设备监控系统的发展历程
• 2.1.2 远程监控系统的通讯方式
• 2.2 传感器网络技术
• 2.2.1 传感器网络结构
• 2.2.2 传感器网络的关键技术
• 2.2.3 传感器网络的应用
• 2.3 基于传感器网络的治污设备监控系统
• 2.3.1 基于传感器网络的治污设备监控系统结构
• 2.3.2 基于传感器网络的治污设备监控系统组成
• 2.3.3 基于传感器网络的治污设备监控系统特点
• 2.4 本章小结
• 3 无线传感器节点硬件设计
• 3.1 功能需求分析
• 3.2 硬件结构总体设计
• 3.2.1 节点的总体结构
• 3.2.2 组成模块及功能
• 3.2.3 节点硬件设计原则
• 3.3 系统硬件功能模块
• 3.3.1 控制模块
• 3.3.2 无线通信模块
• 3.3.3 数据采集模块
• 3.4 本章小结
• 4 无线传感器节点软件设计
• 4.1 无线传感器节点软件技术概述
• 4.2 数据链路层
• 4.2.1 MAC 状态分析
• 4.2.2 发送流程分析
• 4.2.3 接收流程分析
• 4.3 网络层
• 4.3.1 路由维护
• 4.3.2 路由层与MAC 层发包接口
• 4.3.3 路由层与MAC 层收包接口
• 4.4 应用层
• 4.4.1 数据采集
• 4.4.2 数据收发
• 4.5 本章小结
• 5 治污设备后台监控子系统
• 5.1 后台控制系统功能
• 5.1.1 系统总体描述
• 5.1.2 开发工具
• 5.1.3 设备监控
• 5.1.4 数据管理
• 5.2 后台控制系统各软件模块的实现
• 5.2.1 串口接收模块
• 5.2.2 数据库存储模块
• 5.2.3 查询显示模块
• 5.2.4 协调控制模块
• 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
• 作者在攻读硕士学位期间发表的论文