基于无线传感网络的山体滑坡实时监测系统

论文摘要

本文根据滑坡监测现状需求,将无线传感网络技术、GPS定位技术和GSM无线通信技术相结合,完成从系统方案到软硬件设计的整个过程,实现了对滑坡体的实时监测。无线传感网络一般由传感节点和汇聚节点组成。根据山体基本形状为圆锥的特点,本设计提出了一种新型的无线传感网络拓扑结构——“分级有序蜂巢状拓扑结构”,克服了星型和网状结构的缺点,实现了将采集数据从传感节点多跳传输到汇聚节点的网络通信过程。硬件设计方面:实现了无线传感网络的传感节点和汇聚节点及各自仿真器的印制电路板设计。传感节点主要由MSP430F169单片机和CC1100射频芯片组成。汇聚节点主要由S3C44BOX微处理器和GPS模块、GSM模块组成。传感节点和汇聚节点的印制电路板硬件平台为整个设计提供了物理实现。软件设计方面:主要实现传感节点、汇聚节点的软件设计。传感节点软件设计以IAR为软件开发平台,设计了相关的应用程序,实现了无线传感网络拓扑结构和数据的采集、可靠传输。汇聚节点设计了针对本硬件平台的BootLoader,并成功移植了源码公开的μC/OS-Ⅱ实时操作系统到汇聚节点的ARM处理器中,根据设计的系统结构划分系统任务并给出了任务调度流程。在μC/OS-Ⅱ操作系统的基础上设计各模块的相关软件,整合采集数据,如RF接收的采集信息、GPS定位信息、RTC采集时间等,之后通过SMS方式发送出去。远程监控终端软件用来显示采集信息,而不进行图形化演示等相对复杂的工作。遵循一般的嵌入式系统开发流程,“基于无线传感网络的山体滑坡实时监测系统”目前已调试成功,可利用本系统对滑坡进行实时监控,弥补了传统监测的各种缺陷,取得了良好的效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题依据及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 滑坡监测技术现状
• 1.2.2 无线传感网络应用现状
• 1.3 研究目标
• 1.4 总体方案设计及研究内容
• 第2章 无线传感网络拓扑及通信协议设计实现
• 2.1 分级有序蜂巢状拓扑结构设计
• 2.1.1 无线传感网络主要拓扑结构简介
• 2.1.2 分级有序蜂巢状拓扑结构设计
• 2.2 数据链路层设计
• 2.2.1 帧格式设计
• 2.2.2 CRC校验
• 2.2.3 差错控制
• 2.2.4 硬件滤波
• 2.3 路由层设计
• 2.3.1 路由表生成
• 2.3.2 路由选择
• 2.4 无线传感网络通信流程设计
• 第3章 传感节点软硬件设计
• 3.1 传感节点的硬件设计
• 3.1.1 无线通信模块及接口设计
• 3.1.2 处理控制模块设计
• 3.1.3 MSP430-FET仿真器设计
• 3.1.4 数据采集模块接口设计
• 3.2 传感节点的软件设计
• 3.2.1 CC1100读写寄存器
• 3.2.2 RF收发函数设计
• 3.2.3 数据采集子程序设计
• 3.2.4 电量监测子程序设计
• 第4章 汇聚节点硬件及初始化程序设计
• 4.1 汇聚节点总体设计
• 4.2 汇聚节点的硬件设计
• 4.2.1 主控板的设计
• 4.2.2 JTAG接口及仿真工具设计
• 4.2.3 以太网络接口电路设计
• 4.2.4 串口及多串口设计
• 4.3 BootLoader设计
• 4.3.1 启动流程
• 4.3.2 BootLoader设计实现
• 第5章 汇聚节点应用软件设计实现
• 5.1 μC/OS-Ⅱ移植及启动设计
• 5.1.1 μC/OS-Ⅱ概述
• 5.1.2 μC/OS-Ⅱ的移植
• 5.1.3 μC/OS-Ⅱ系统启动
• 5.2 应用软件开发
• 5.2.1 任务划分及优先级确定
• 5.2.2 任务间通信方式
• 5.2.3 GPS数据采集实现
• 5.2.4 短消息发送任务实现
• 5.2.5 CPLD实现多串口支持
• 5.2.6 RTC实时时钟设计实现
• 5.3 汇聚节点工作流程设计
• 第6章 滑坡实时监测系统的调试与测试
• 6.1 系统调试所遇问题及解决方法
• 6.1.1 硬件调试所遇问题及解决方法
• 6.1.2 软件调试所遇问题及解决方法
• 6.2 系统软硬件测试
• 6.2.1 传感节点软硬件测试
• 6.2.2 汇聚节点软硬件测试
• 6.2.3 无线传感网络通信流程测试
• 6.2.4 滑坡实时监测系统整体测试
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1:传感节点的硬件实物图
• 附录2:汇聚节点主控板的硬件实物图
• 攻读硕士学位期间发表的论文