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基于RFID和ZigBee融合的危险化学品安全监控系统研究与设计
作 者: 李韵
导 师: 肖军
学 校: 宁夏大学
专 业: 计算机软件与理论
关键词: RFID ZigBee 防碰撞 危险化学品监控
分类号: TP277
类 型: 硕士论文
年 份: 2014年
下 载: 6次
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内容摘要
本文针对现存的危险化学品安全管理中的主要问题,将无线传感器节点和RFID阅读器结合,应用到危险化学品安全监控中。RFID技术能够识别单个化学品的信息,无线传感器节点负责实时监控存放危险化学品仓库中的环境参数,并建立传输网络将这些信息和RFID读取的化学品信息共同传递到上位机监控系统中,使管理人员能够随时掌握化学品仓库中的信息,对事故的预防起到积极有效地作用。RFID技术和ZigBee技术的融合是危险化学品安全监控系统的核心,本文从软件、硬件和通信协议三方面对其进行设计,将这两种技术很好的融合起来,并应用到RFID阅读器中,让其在整个系统中发挥巨大的作用。进行数据传输很难避免数据碰撞,本文对原有的防碰撞算法进行改进,使防碰撞算法更适用于标签数量多并且仓库面积大的场合。然后针对系统冗余数据多的问题,提出了改进的数据聚合算法,使系统的冗余数据减少,还在聚合能耗和时延两方面提供了较为折中的办法。为了既保证信息的无缝采集和通信完整,又能在性能、价格和能耗方面做到最优化,本文给出了ZigBee的随机分布模型和覆盖控制模型,使得系统在部署上有了确切的依据。本文又给出了系统的总体框架设计和ZigBee传输网络的详细设计方案以及软件模块的详细阐述。最后本文对系统进行了简单测试,证明该系统可行。
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全文目录
摘要 3-4 Abstract 4-5 目录 5-8 第一章 绪论 8-12 1.1 研究背景及研究意义 8 1.2 国内外研究的现状 8-9 1.2.1 国外危险化学品管理的现状 8-9 1.2.2 国内危险化学品管理的现状 9 1.3 RFID与ZigBee的融合研究可行性分析 9-10 1.4 论文的主要内容和结构 10-11 1.4.1 论文的主要工作 10 1.4.2 论文的创新点 10 1.4.4 论文的章节安排 10-11 1.5 本章小结 11-12 第二章 相关技术分析 12-21 2.1 RFID技术 12-13 2.1.1 RFID技术的工作原理 12-13 2.1.2 RFID的工作特性 13 2.1.3 RFID的主要应用 13 2.2 ZigBee技术 13-17 2.2.1 无线传感器网络概述 13-14 2.2.2 无线传感器网络的特点 14-15 2.2.3 无线传感器网络的传感方式 15 2.2.4 ZigBee参考模型 15-16 2.2.5 ZigBee网络拓扑结构 16-17 2.2.6 ZigBee在物联网中的应用前景 17 2.3 ZigBee与RFID融合的体系架构 17-19 2.3.1 物联网架构下ZigBee与RFID的融合 17-18 2.3.2 智能节点网络体系 18 2.3.3 智能标签网络体系 18-19 2.4 本文用到的算法概述 19-20 2.4.1 RFID防碰撞算法 19-20 2.4.2 数据聚合算法 20 2.4.3 ZigBee的覆盖控制 20 2.5 本章小结 20-21 第三章 危险化学品安全监控系统的主要算法研究与设计 21-36 3.1 RFID防碰撞算法及其改进 21-24 3.1.1 改进的算法描述 21-23 3.1.2 算法仿真 23-24 3.2 数据聚合算法的改进 24-30 3.2.1 算法模型 24-26 3.2.2 改进的算法描述 26-28 3.2.3 算法仿真 28-30 3.3 ZigBee网络的随机分布模型及覆盖控制研究 30-35 3.3.1 随机分布模型 30 3.3.2 覆盖控制模型 30-33 3.3.3 算法仿真 33-35 3.4 本章小结 35-36 第四章 危险化学品安全监控系统设计方案 36-54 4.1 系统总体结构设计 36-38 4.2 RFID与ZigBee的融合 38-41 4.2.1 阅读器节点硬件设计 38-39 4.2.2 阅读器节点软件设计 39-40 4.2.3 通信协议转换 40-41 4.3 数据采集系统设计 41 4.4 ZigBee网络传输设计 41-52 4.4.1 系统的网络拓扑 41-42 4.4.2 网络节点设计 42-44 4.4.3 ZigBee建立网络与加入网络分析 44-46 4.4.4 系统中的通信设计 46-50 4.4.5 无线环境检测 50-52 4.5 应用层软件模块设计 52-53 4.5.1 系统目标功能 52-53 4.5.2 上位机监控系统的软件设计 53 4.6 本章小结 53-54 第五章 危险化学品安全监控系统测试 54-58 5.1 系统测试环境 54-55 5.1.1 硬件环境 54 5.1.2 软件环境 54-55 5.2 系统测试内容 55-57 5.2.1 ZigBee无线传感器网络通信实验 55-56 5.2.2 ZigBee数据包捕获 56-57 5.2.3 气体检测 57 5.2.4 温度检测 57 5.3 本章小结 57-58 第六章 总结与展望 58-59 6.1 总结 58 6.2 不足与展望 58-59 参考文献 59-61 致谢 61-62 攻读硕士学位期间发表的学术论文 62-63 个人简历 63
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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 > 监视、报警、故障诊断系统
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