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面向广域危险环境下基于ZigBee的无线传感器网络信息采集研究

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第一章 绪论

§1-1课题背景及研究意义

§1-2石化泄露监测的常用方法

§1-3 无线传感网络的国内外发展及研究现状

§1-4 主要研究内容

第二章 ZigBee无线传感器网络

§2-1 几种短距离通信技术的比较

§2-2 ZigBee技术概述

§2-3无线通信芯片CC2430

§2-4 ZigBee网络体系及网络配置

§2-5 ZigBee 的协议架构

§2-6 ZigBee技术在石化行业泄露检测中的应用

§2-7 本章小结

第三章 无线传感器节点硬件设计

§3-1 传感节点的硬件设计

§3-2 路由节点的设计

§3-3 协调器节点的设计

§3-4 本章小结

第四章 无线传感器的软件设计

§4-1 IAR8051-EV开发环境介绍

§4-2 Z-Stack 软件架构

§4-3任务调度机制

§4-4 网络编程开发

§4-5应用程序设计

§4-6 本章小结

第五章 系统测试与分析

§5-1 气体无线传感器的硬件及程序调试

§5-2 本章小结

第六章 结论与展望

§6-1 结论

§6-2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间所获得的相关科研成果

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摘要

当前,无线传感器网络被业界赋予了广阔应用前景,这源于微小型传感器技术和节点间的无线通信能力的扩展。作为一种在生活中无处不在的感知与传输技术,无线传感器网络技术以及无线传感器定位技术广泛灵活的应用于军事、环境、医疗、家庭和其他商用、工业领域;在救灾、反恐和空间探索等特殊领域,有着无可比拟的技术优势。
  在石油化工等行业,如果发生有毒或者有害的液体、气体的泄漏而没有采取有效的防护措施,将会给相关企业人员及财产带来极大的损失,甚至带来人类社会的灾难。对石油化工的泄漏做出预警,在泄漏事故未扩大之前及时的采取措施,可以避免重大事故发生。为解决目前石化行业泄漏监测与预警困难、监测系统实时性低、泄漏点方位确定困难等方面难题,创新地提出了基于无线传感器网络的泄漏监测方案,并开发出了用于石化行业安全生产的基于无线传感器网络的泄漏监测系统。系统借助无线传感器网络成本低、功耗低、部署简单、网状网络覆盖面积大及网络定位准确等特点,解决了实时性低和泄漏点定位困难等技术难题。课题主要针对系统中软硬件进行了研究。
  本文概括总结了气体泄漏报警检测方法,在课题所依靠的研究背景之下确立了泄露信息采集系统所采用的方式,采用固定式检测和抛洒式节点检测、通过无线传感器网络无线数据传输的方式。
  研究工作从无线传感器信息采集节点的硬件入手,分别对传感子节点,路由节点,进行了硬件设计,其中包括传感器采集子模块、电源转换模块、无线信息传输模块。该硬件电路具备较高精度、较大范围、普适性强的泄露气体浓度信息采集能力。
  在完成无线传感器信息采集电路硬件设计的基础上,对CC2430芯片的AD转换模块、无线射频传输模块、UART串口传输模块、点对点通信、传感子节点入网等程序功能的编写。并对ZigBee的Z-Stack协议栈和软件操作系统程进行了介绍,完成了各功能模块的融合。完成了信号的转换、无线发射以及与上位机通信的功能,达到了预期效果
  该泄露检测信息采集系统有别于传统的检测手法,创新性的将无线传感网络应用在石化泄露检测中。该系统在实际工程中应用,证明系统运行良好,能满足现场监控的需要。

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