基于无线传感器网络的温度监控系统

论文摘要

近年来,随着无线通信技术和传感器技术的飞速发展,无线传感器网络越来越得到广泛的应用,特别是在环境监测、智能家居、工业监控等领域的应用。基于无线传感器网络的温度监控系统用于对冬季室内供暖状况进行远程监控,并及时调整供热锅炉运行参数,达到节能减排的目的。本文回顾了构建无线传感器网络系统的各种协议和支撑技术。通过对数据采集网络的应用场景进行分析,设计了一种典型的多层次网络模型。模型分为三个层次:由PC机和监控软件构成的监控中心;由中心控制节点构成的主网和由路由节点、中继节点、底层传感器节点构成的传感器子网;各部分协调工作完成温度数据采集和监控任务。系统设计包括无线传感器网络节点硬件设计、无线传感器网络的管理和监控软件设计三部分。节点硬件电路设计主要包括DS18B20数字温度传感器模块、基于IA4421的无线通信模块、单跳传输距离可达到1km以上的射频信号功率放大模块、MCI模块和串口通信模块。无线传感器网络的管理包括自适应选择路由路径的路由协议、具有严格校验格式的数据通信协议和无线数据传输数据加密算法。无线传感器网络的路由路径可以是多跳的,网络拓扑结构也可以根据环境需要进行更改。无线温度采集系统监控软件对采集的温度数据进行分析、处理和存储,并具有趋势曲线图显示、数据列表显示和报警设置等功能。基于无线传感器网络的温度监控系统在大庆测井公司进行部署,网络运行状况稳定,系统能够很好的实现远程楼宇内温度的实时采集和监控,证明了路由协议和节点设计的合理性。系统的应用使锅炉管理人员了解供热状况更加及时并为锅炉的控制提供了依据,同时改善了锅炉控制滞后的现状,节约了能源,具有很大推广价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 无线传感器网络的研究和发展现状
• 1.2.1 无线传感器网络的特点
• 1.2.2 无线传感器网络面临的挑战
• 1.2.3 国外无线传感器网络的研究及发展现状
• 1.2.4 国内无线传感器网络的研究及发展现状
• 1.3 课题研究的主要内容
• 第2章 无线温度采集系统方案设计
• 2.1 系统方案设计目标
• 2.2 系统方案设计原则
• 2.3 远程数据采集方案选择
• 2.4 无线传感器网络组网方案
• 2.5 系统总体结构设计
• 2.6 系统的功能及工作原理
• 2.6.1 系统的功能
• 2.6.2 系统的工作原理
• 2.7 本章小结
• 第3章 无线传感器网络节点硬件设计
• 3.1 无线传感器网络节点硬件设计原则
• 3.2 无线传感器网络节点结构
• 3.3 无线传感器网络节点硬件电路设计
• 3.3.1 处理器模块的选择
• 3.3.2 无线通信模块的选择与电路设计
• 3.3.3 传感器模块的选择与电路设计
• 3.3.4 串口通信模块设计
• 3.3.5 地址模块设计
• 3.3.6 电源模块设计
• 3.4 无线传感器网络节点实物图
• 3.5 本章小结
• 第4章 无线传感器网络的管理及网络节点软件设计
• 4.1 无线传感器网络节点软件设计
• 4.1.1 软件设计的主要内容
• 4.1.2 系统工作流程
• 4.2 路由协议设计
• 4.2.1 无线传感器网络路由协议分析
• 4.2.2 路由协议的设计思路
• 4.2.3 网络拓扑结构
• 4.2.4 路由协议的路径选择
• 4.2.5 路由协议的软件实现
• 4.3 无线传感器网络通信协议
• 4.4 串口通信协议
• 4.5 无线传感器网络的数据安全问题
• 4.5.1 数据加密技术
• 4.5.2 无线传感器网络的数据加密
• 4.5.3 TEA 加密算法软件实现
• 4.6 主要功能模块软件设计
• 4.6.1 无线收发芯片 IA4421驱动软件设计
• 4.6.2 温度传感器 DS18820驱动软件设计
• 4.6 本章小结
• 第5章 无线温度采集系统监控软件设计与实验
• 5.1 无线温度采集系统监控软件设计
• 5.1.1 软件设计目标
• 5.1.2 软件设计方案
• 5.1.3 系统运行界面
• 5.1.4 串口通信
• 5.1.5 数据库管理
• 5.1.6 温度图形显示
• 5.2 无线温度采集系统实验
• 5.2.1 实验现场环境介绍
• 5.2.2 温度采集节点的部署
• 5.2.3 硬件系统调试
• 5.2.4 现场运行测试
• 5.2.5 实验结论
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢