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面向空调故障预测与诊断的无线数据采集系统设计与研究

作　者: 谢陈磊
导　师: 方潜生
学　校: 安徽建筑工业学院
专　业: 市政工程
关键词: 空调 WSN TinyOS ZigBee 数据采集
分类号: TP274.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


建筑既是人类活动的基本场所,也是大量消耗能源、资源的重要项目。随着我国城市化进程的推进,目前我国已建房屋有400亿平方米以上属于高能耗建筑,总量庞大,潜伏巨大能源危机。仅到2000年末,我国建筑年消耗商品能源共计3.76亿吨标准煤,占全社会终端能耗总量的27.6%,而建筑用能的增加对全国的温室气体排放“贡献率”已经达到了25%。预计到2020年,我国建筑能耗将达到1089亿吨标准煤。如果不注重建筑节能设计,将直接加剧能源危机。因此,需要针对建筑物使用过程中的供暖通风、空调、照明、输送等方面的能耗进行控制,特别是空调系统的节能潜力最大。空调设备具有较高的性能系数(COP,Coefficient of Performance),空调系统“带故障”运行可造成系统的COP明显下降,各类故障引起的空调系统能耗增加及其对系统性能的影响非常可观,严重影响到室内的环境质量和系统设备的寿命,增加了维修成本和不可预知的设备停机时间。因此,对空调系统各种故障进行及时、准确的预测与诊断,对保证空调系统的正常运行,提高空调系统能效有重要意义。本文通过对空调系统现有数据采集系统的现状分析,研究无线传感器网络技术发展方向,结合空调系统结构特征,提出了一种低成本、低功耗、抗干扰性强、可扩展性强的空调故障预测与诊断的无线数据采集系统。无线数据采集系统架构中,设计了基于UCB telosb和TI的CC2430硬件平台,实现了面向实际硬件平台的nesC驱动开发,以及在此基础上的无线传感器网络操作系统TinyOS成功移植。TinyOS操作系统的轻量级线程、主动消息通信技术、事件驱动模式、组件化编程使系统具有良好的可移植性,充分发挥硬件特性和传感器网络的性能,降低系统的功耗。同时,设计实现高效的ICEM-ZigBee协议,采用灵活的自组织无线通信网络对空调系统中多测点、多类型信息进行不间断的采集,实时准确地显示空调系统的运行状态,通过相应的专家系统实时分析各参数的内在时空耦合关系,预测关键指标的渐进趋势,将空调故障消灭在萌芽状态,确保空调系统的高效运行。实际应用表明,该系统工作性能稳定,对提高空调系统能效具有重要现实意义。为今后进一步研究和实际应用打下良好的基础。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-14
第一章 绪论  14-23
  1.1 课题背景与意义  14-16
    1.1.1 课题背景  14-15
    1.1.2 建筑设备故障预测与诊断的意义  15-16
  1.2 中央空调系统组成及故障概述  16-20
    1.2.1 空调系统分类  16-17
    1.2.2 空调系统组成  17-18
    1.2.3 中央空调工作原理  18-19
    1.2.4 空调系统故障概述  19-20
  1.3 国内外发展与研究现状  20-21
  1.4 论文主要内容  21-23
第二章 面向空调系统的异构传感器节点架构  23-31
  2.1 协调器/路由节点总体架构  23-28
    2.1.1 主控模块  24-26
    2.1.2 收发模块  26-28
  2.2 设备节点总体架构  28-30
  2.3 小结  30-31
第三章 基于nesC 驱动开发的TinyOS 操作系统实现  31-49
  3.1 TinyOS 操作系统简介  31-36
    3.1.1 TinyOS 组件模型  32-34
    3.1.2 TinyOS 通信模型  34-35
    3.1.3 TinyOS 的进程调度模型  35-36
  3.2 nesC 语言的概述  36-39
    3.2.1 接口  37-38
    3.2.2 组件  38-39
  3.3 基于nesC 语言的模块驱动程序设计  39-46
  3.4 基于nesC 程序的移植  46-47
  3.5 小结  47-49
第四章 面向空调系统的ICEM-ZigBee 通信协议实现  49-66
  4.1 ZigBee 技术概述  50-52
    4.1.1 ZigBee 技术特点  50-51
    4.1.2 ZigBee 网络设备及拓扑结构  51-52
  4.2 ZigBee 协议标准  52-56
    4.2.1 物理层  52-54
    4.2.2 介质访问层  54-55
    4.2.3 网络层  55
    4.2.4 应用层  55-56
  4.3 ZigBee 协议在TinyOS 中的实现  56-62
    4.3.1 组成元件  56-58
    4.3.2 树型网络地址分配及路由实现  58-60
    4.3.3 应用层的设计  60-62
  4.4 结合 ICEM 模块的 ZigBee 协议  62-65
  4.5 小结  65-66
第五章 无线数据采集系统实现与性能分析  66-72
  5.1 无线数据采集系统的构建  66-68
  5.2 系统测试与结果分析  68-71
    5.2.1 节点能耗测试  68
    5.2.2 组网测试实验与结果分析  68-71
  5.3 小结  71-72
第六章 总结与展望  72-74
参考文献  74-78
致谢  78-79
作者简介及读研期间主要科研成果  79-80

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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