基于Zigbee传感器网络的远程环境监测系统的设计与实现

论文摘要

随着人们对生活环境的要求越来越高,环境问题开始得到了社会的广泛重视。目前全国环境监测信息系统很多,但都不完善,而且不能很好满足可持续发展战略和环保工作的需要。因此,研究新的检测手段来获取环境信息已经成为迫切的需要。综合了传感器、嵌入式计算、现代网络、无线通信、分布式信息处理等技术的无线传感器网络是由大量具有感知能力、计算能力和通信能力的微小传感器节点构成的自组织、分布式网络系统。无线传感器网络由于其低功耗、自组织路由、无需布线等特性,特别适合应用于环境监测系统,该项研究具有很大的价值。然而,作为一种新兴出现的技术,无线传感器网络应用于环境监测系统中将会面临许多的挑战。在环境监测中,监测点往往会布置在一些偏远地区,监测点与监控中心距离较远,而无线传感器网络是一种近距离的通信技术,无法利用自身网络将采集数据传送到监控中心。针对于这种情况,本文提出的无线传感器网络是基于Zigbee并采用GPRS进行数据通信的传感器网络,它是由无线传感器节点、汇节点和GPRS数据传输模块组成的分布式系统。汇节点和传感器节点之间通过Zigbee技术实现无线的信息交换,带有射频收发器的无线传感器节点负责对数据的感知和处理并传送给汇节点,汇节点再将数据直接传给GPRS模块,GPRS模块以短信(SMS)形式进行数据传输。监控中心通过GPRS网络与汇节点连接,并通过GPRS网络获取采集到的相关信息,实现对现场的有效控制和管理。经实验证明,本系统通讯距离能够满足大部分监测的需求,具有较高的可靠性,能方便地实现监测的网络化。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 国内外环境监测现状
• 1.3 无线传感器网络概述
• 1.3.1 无线传感器网络体系结构
• 1.3.2 无线传感器网络的国内外研究现状
• 1.3.3 应用在环境监测中的优势
• 1.4 GPRS 简介
• 1.5 本文的篇章结构
• 1.6 本章小结
• 第二章 系统分析和总体设计
• 2.1 系统分析
• 2.1.1 本系统的需求
• 2.1.2 功能需求
• 2.1.3 系统性能需求分析
• 2.2 总体设计方案
• 2.2.1 监测系统的系统构成
• 2.2.2 系统模块划分
• 2.3 系统的特点
• 2.4 本章小结
• 第三章 通信方式的选择和通信协议的设计
• 3.1 通信方式的选择
• 3.1.1 串行通信方式
• 3.1.2 Zigbee 协议
• 3.1.2.1 IEEE802.15.4 标准
• 3.1.2.2 Zigbee 技术特点如下
• 3.1.3 GPRS 上的SMS 通信方式
• 3.2 系统通信模式设计
• 3.3 数据通信协议设计
• 3.3.1 通信协议的编制原则
• 3.3.2 通讯协议帧格式
• 3.4 本章小结
• 第四章 网络控制器的研究与设计
• 4.1 硬件结构设计
• 4.2 硬件开发环境
• 4.2.1 基于53C2410A 的ARM9 开发系统
• 4.2.2 GPRS DTU 模块
• 4.2.3 传感器网络的节点
• 4.3 网络控制器的软件设计
• 4.3.1 软件开发环境
• 4.3.2 Linux 应用程序开发
• 4.4 本章小结
• 第五章 监控中心管理软件的设计
• 5.1 管理软件的主要结构
• 5.2 软件功能模块划分
• 5.3 数据模型设计
• 5.3.1 基础数据
• 5.3.2 相关数据
• 5.4 数据处理
• 5.5 数据库设计
• 5.5.1 主要数据表结构
• 5.5.2 数据库模块逻辑流程
• 5.6 管理软件设计
• 5.6.1 用户登录模块
• 5.6.2 GPRS 通信模块程序设计
• 5.6.3 数据分析处理模块
• 5.6.4 数据显示模块
• 5.6.5 参数设置模块
• 5.6.6 报警处理模块
• 5.6.7 网络运行状态维护
• 5.6.8 系统故障处理
• 5.6.9 运行日志的设计
• 5.7 本章小结
• 第六章 系统运行和测试
• 6.1 标定
• 6.2 短信运行测试
• 6.2.1 短消息传输延时分析
• 6.2.2 可靠性分析
• 6.3 系统整体测试
• 第七章 结束语
• 7.1 全文工作总结
• 7.2 发展与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果