水下传感器网络节点的设计

论文摘要

水下传感器网络(Underwater sensor network,简称UWSN)是构成水下环境立体监测系统的重要部分，它由大量具有感知外部环境、计算和通信能力的传感器节点组成，各节点被分布在指定的区域，执行连续的协同监测任务。随着世界各国对海洋开发和利用步伐的加快，对海洋信息的连续实时监测有着重要的意义。水下传感器网络节点是构成水下传感器网络的基础，是承载水下传感器网络的信息感知、数据处理和网络功能的基本单元，所有与水下传感器网络相关的协议、机制、算法等都需要在节点上得以实现并加以优化才具有实际意义。本文旨在研究并设计一种水下传感器网络节点，为水下传感器网络领域的研究和应用提供了一个理想的硬件平台。本文研究的主要内容：（1）给出了一种水下传感器网络节点硬件设计方案。采用ATMEL公司的8位系列单片机ATmega128L处理器作为硬件设计的核心单元；以中断或查询方式采集温度、盐度、压力等水下传感器输出信号；采用水声换能器和调制解调器实现节点之间的声学通信，节点采用电池供电。测试结果表明所设计的水下传感器网络节点具有较好的信息采集、处理和通信性能。（2）研究并实现了基本的MAC协议。在设计的水下传感器节点上实现了基于竞争的MAC协议CSMA（载波侦听多路访问），用于多节点通信时的信道接入，并为进一步进行水下传感器网络的数据汇聚的研究打下了基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 致谢
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 研究背景、意义和任务
• 1.3 研究现状和发展趋势
• 1.4 本文的研究内容和章节安排
• 第二章 水下传感器网络简介
• 2.1 水下传感器网络概述
• 2.2 水下传感器网络基本结构及特征
• 2.3 水声通信信道特征
• 2.4 水下通信同步技术
• 2.5 水声信号的调制解调
• 2.5.1 水声通信的调制解调方式
• 2.5.2 2FSK 信号设计
• 2.5.3 FSK 调制数据格式
• 2.6 水下传感器网络的 MAC 协议
• 2.7 本章小结
• 第三章 水下传感器网络节点的硬件设计
• 3.1 水下传感器网络系统简介
• 3.2 节点硬件设计
• 3.2.1 微处理器模块
• 3.2.2 水下传感器模块
• 3.2.3 信号调理电路
• 3.2.4 串口通信模块
• 3.2.5 超声发送模块
• 3.2.6 超声接收模块
• 3.2.7 水声换能器
• 3.2.8 电源模块
• 3.3 节点硬件结构框图
• 3.4 本章小结
• 第四章 水下传感器网络节点的软件设计和实验结果
• 4.1 下位机软件设计
• 4.1.1 软件开发环境
• 4.1.2 软件设计任务
• 4.1.3 软件框架设计
• 4.2 实验调试过程
• 4.3 实验结果及分析
• 4.3.1 实验装置和场景概况
• 4.3.2 实验数据
• 4.3.3 结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 本文的工作总结
• 5.2 进一步工作的展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 攻读硕士学位期间参加的研究课题
• 附录一