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基于无线传感器网络的水环境监测原型系统的设计

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专用术语注释表

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2论文主要工作

1.3论文结构组织

第二章 无线传感器网络的水环境监测原型系统概述

2.1 水环境监测系统框架结构

2.2 水环境监测传感器的相关介绍

2.3 无线传输协议选型

2.4 Zigbee协议介绍

2.5 本章小结

第三章 水环境监测系统节点硬件平台

3.1 水环境监测节点设计目标

3.2 硬件系统的总体设计

3.3 水环境监测节点硬件设计

3.4水环境监测节点硬件PCB设计

3.5本章小结

第四章 水环境监测系统节点软件设计

4.1监测节点初始化程序设计

4.2温度数据采集模块程序设计

4.3节点通信程序设计

4.4节点分簇算法设计

4.5本章小结

第五章 后台服务系统设计及测试分析

5.1后台服务器控制程序设计

5.2系统测试

5.3本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间申请的专利

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢

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摘要

水环境的质量问题和我们的生活息息相关,直接影响着人类的生存繁衍和社会的可持续发展。对水环境目标的监测有助于及时发现并解决水质变化对人类生活造成的影响等问题,而无线传感器网络技术的兴起则为水环境的监测提供了一种全新的解决方案。无线传感器网络改变了人类和世界的交互,其通过将信息传感设备和互联网相连,实现了物理世界和信息世界紧密融合。我们将无线传感器网络融入水环境监测系统展开研究,一方面是因为基于无线传感器网络的监测系统具有易部署,运维成本低,可靠性高等特点;另一方面,由于水环境是与我们日常生活息息相关的典型场景,在此环境下实现无线传感器网络的实际应用具有很好的示范性和重要的社会价值。
  本文在充分调研国内外关于水环境监测的相关技术和现状的基础上,分析其优势和存在的不足,引出需要构建一个功能完善的基于无线传感器网络的水环境监测系统。所完成的主要工作包括:首先,对当前典型的面向无线传感器网络的软硬件平台进行分析比较,确定适合本系统的硬件设备和无线传输协议;在此基础上详细探讨了水体物理参数传感器的工作原理,针对水环境的物理参数之一温度值,设计其相关外围电路,研制了可克服外界环境和电磁干扰的监测节点,并对节点间的无线射频信号发送和接收成功率进行了测试和验证;基于上述硬件平台,设计实现了后台服务软件管理系统,该系统可对由监测节点经Zigbee网络传输至系统的数据信息进行收集存储处理,并可根据实际情况实时调整监测节点的工作方式。论文最后对所研究的无线传感器网络的水环境监测系统进行了总结展望。

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