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基于无线传感器网络的粮库粮情监测系统设计

作　者: 袁明波
导　师: 于洋
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 粮情监测分簇技术无线网络传感器低功耗
分类号: TP274.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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引　用: 3次
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内容摘要

温度和湿度是影响粮食仓储过程中品质好坏的主要因素,粮情监控系统是我国粮食储备领域多年来不断探索的研究课题。传统上,我国大部分粮库采用有线测温设备,各部件之间采用电缆进行数据传送,这种测温设备线路多、布线复杂、成本高。采用无线监测方式,虽然解决了粮情监控的安装、布线和成本问题,但是如何解决监控系统长期连续工作是主要难点。本文研究了基于低能耗的分簇路由算法,利用430单片机和CC1100无线设计了超低功耗传感器节点和网关节点(集中器)。在粮情分析中引入了离散温度数据的曲线(曲面)拟合方法,能够帮助判断和预测粮食温度的分布规律,为粮情分析提供了有力的依据。利用VB语言实现了上位机软件,最终完成了无线粮情监测系统。针对无线粮情监控系统的低功耗问题,本文重点研究了分簇路由技术,强调网络中的节点相对均衡地消耗能量,并且构建了适用于无线粮情监测高效节能的路由算法;在节点硬件设计过程中增加了时隙唤醒机制,最大限度降低了节点的能耗,最大限度的延长了整个监测系统网络的生命周期。最后本文对系统的精度和功耗进行了实验分析和研究,通过实验证明本文设计的无线粮情监控系统与原有系统相比,能量开销降低了3倍。硬件成本低,适合于粮情监测系统的实际需要,促进了粮食智能化监测的发展。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-13
第1章绪论  13-20
  1.1 选题背景及研究意义  13-14
  1.2 国内外粮库网络监测系统现状  14
  1.3 现有的无线粮库监测系统  14-15
  1.4 中华人民共和国粮食行业标准（LS/T1202-2002）  15-16
  1.5 无线传感器网络的概述  16-17
  1.6 研究的主要内容及论文结构  17-20
    1.6.1 主要所做的工作  17-18
    1.6.2 论文结构  18-20
第2章无线传感器网络的粮库监测系统设计方案  20-37
  2.1 粮库粮情监测系统的总体设计  20-23
    2.1.1 粮仓中粮温测量的布点方案  20-21
    2.1.2 粮情监测系统的组成设计  21-22
    2.1.3 上位机管理系统  22-23
    2.1.4 传感器节点的能量消耗  23
  2.2 分簇路由协议的研究  23-29
    2.2.1 多跳与单跳通信消耗能量的比较  23-25
    2.2.2 簇头的产生  25-26
    2.2.3 簇的建立过程  26-28
    2.2.4 稳定工作阶段  28-29
  2.3 分簇路由算法在监测系统中的实现  29-34
  2.4 粮库粮情监测系统的功能  34
  2.5 系统设计预期的目标和问题  34-36
    2.5.1 无线传感器节点的设计目标  34-35
    2.5.2 注意的问题  35
    2.5.3 解决电路板的抗干扰性  35-36
  2.6 本章小节  36-37
第3章系统硬件设计及实现  37-48
  3.1 无线传感器节点的硬件结构  37
  3.2 低功耗数字传感器SHT11 和采集电路  37-38
  3.3 微处理器的选择  38-40
    3.3.1 节点微处理器的比较  38-39
    3.3.2 超低功耗微处理器MSP430F169 的简介  39
    3.3.3 集中器的微处理器STC89LE58 RD+的简介  39-40
  3.4 无线传感器节点无线通信模块的选择  40-42
    3.4.1 CC1100 无线射频芯片的介绍  40
    3.4.2 CC1100 外围电路连接的设计实现  40-41
    3.4.3 CC1100 模块的电路  41-42
  3.5 外围模块的设计  42-46
    3.5.1 节点的存储芯片（AT45DB041B）  42
    3.5.2 集中器的存储器  42-43
    3.5.3 复位芯片（810R）  43
    3.5.4 数据存储器HK1255 电路  43-44
    3.5.5 液晶（OCMJ4X8C）显示电路与串口电路  44-46
  3.6 电源及电源监测电路设计  46-47
  3.7 无线传感器节点和集中器的整体电路图  47
  3.8 无线传感器节点和集中器的硬件实物图  47
  3.9 本章小结  47-48
第4章系统软件设计  48-58
  4.1 无线传感器网络监测系统软件总体设计  48
  4.2 集中器程序设计  48-50
    4.2.1 初始化程序设计  48
    4.2.2 主程序流程  48-49
    4.2.3 按键操作子程序  49-50
    4.2.4 显示控制子程序  50
  4.3 节点程序设计  50-57
    4.3.1 数据采集子程序  51-53
    4.3.2 无线数据传输子程序  53-55
    4.3.3 簇头生成子程序  55-56
    4.3.4 中断事件优先级的设计  56-57
  4.4 本章小结  57-58
第5章监测系统的低功耗设计  58-68
  5.1 低功耗分析  58-59
  5.2 数字传感器SHT11 的低功耗设计  59
  5.3 微处理器MSP430F169 的低功耗设计  59-61
  5.4 无线模块CC1100 的低功耗设计  61-62
  5.5 数据帧传输的低功耗设计  62-63
  5.6 监测系统的低功耗设计  63
  5.7 系统功耗计算  63-67
  5.8 本章小结  67-68
第6章管理软件设计与粮情分析  68-80
  6.1 管理软件设计  68-73
    6.1.1 软件结构的设计  69-70
    6.1.2 管理操作界面  70-73
  6.2 粮库的粮情分析  73-78
    6.2.1 最小二乘法拟合函数的建立  73-74
    6.2.2 单测温点测量数据的拟合  74-75
    6.2.3 层面上测温数据的曲面拟合  75-78
  6.3 系统调试  78-79
  6.4 本章小结  79-80
结论  80-82
参考文献  82-85
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  85-86
致谢  86-87
附录  87-91
  附录 A  87-88
  附录 B  88-89
  附录 C  89-91
摘要  91-97
ABSTRACT  97-106

基于无线传感器网络的粮库粮情监测系统设计

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