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室内光环境的无线监测网络系统研究

作　者: 张钰唯
导　师: 叶炜
学　校: 浙江大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 室内光环境 无线监测网络系统 光传感器 自定位 多向超声波探测器
分类号: TP274
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


在室内光环境的规划和设计中,光环境的监测是一个重要的环节,准确的测试数据不仅提供了光环境信息,也是对建筑照明系统进行规划、设计和评估的基础,是提升综合建筑环境的重要组成部分。本文提出了集无线通信,多参数、高精度光学检测和高性能自定位功能于一体的完整室内光环境无线监测网络系统,对弥补室内光环境监测方法的不足具有重要的研究意义与应用价值。该系统作为室内光环境设计和评价的分布式量化信息来源,可以对建成项目或待建方案进行客观的光环境测试评价及指导建筑照明中的空间合理规划、设计和使用,其无线网络特性对建成项目具有很强的实用性。本文的主要工作和创新点包括：1、建立了具有无线网络接口的多参数、高精度光环境传感器模块,设计并实现了光环境无线监测网络平台。通过分析室内光环境监测的需求,将无线传感器网络技术与光学检测技术有效结合,实现了具有无线数据接口及符合人眼光谱光视效率曲线的高精度光环境传感器模块。该模块能够对光环境信息进行系统、准确的检测,并通过无线链路传送、汇聚,满足无线通信、多参数监测、分布式实时、长期监测及低功耗等综合要求。2、设计并实现了传感器模块的自定位功能。基于多向超声波探测器的自定位思想,结合TDOA (Time Difference of Arrival,到达时间差)测距机制,在保证接收全向性的同时,利用同一模块上各个超声波传感器的几何关系与信号接收时间的关联性,提升定位精度,并对超声波测距的主要误差源进行了优化和补偿。利用多向超声波探测器引入的多组数据,在信标节点数量极少的情况下依然能够完成定位；信标节点充分的情况下,基于优化搜索的最大似然估计算法保证自定位精度。3、基于自定位光环境传感器模块,提出并实现了室内光环境监测网络的完整体系。该系统根据监测对象特点,融合了节点部署、网络组建、自定位实现、光环境信息采集及显示等功能,可应用于室内光环境的分布式、快速测量或长期监测。

全文目录


致谢  5-6
摘要  6-8
Abstract  8-10
目录  10-12
图目录  12-14
第1章 绪论  14-28
  1.1 室内光环境监测  14-15
  1.2 室内光环境监测国内外发展现状  15-17
  1.3 无线传感器网络技术  17-21
    1.3.1 无线传感器网络概述  17-18
    1.3.2 无线传感器网络技术应用于室内光环境监测的优势  18-19
    1.3.3 无线传感器网络自定位算法的研究现状  19-21
  1.4 本文整体方案及组织结构  21-28
    1.4.1 系统的研究意义  21-23
    1.4.2 系统总体解决方案  23-25
    1.4.3 本文组织结构  25-28
第2章 光环境无线监测系统的传感器模块设计  28-40
  2.1 光环境监测背景下传感器模块设计需求  28-30
  2.2 传感器模块系统结构  30-33
  2.3 光传感器单元设计与标定  33-37
    2.3.1 光环境传感器的设计  33-36
    2.3.2 光传感器单元的标定  36-37
  2.4 实验结果与性能分析  37-39
  2.5 本章小结  39-40
第3章 无线光环境监测系统的自定位模块设计  40-54
  3.1 无线光环境监测网络系统自定位的意义  40-41
  3.2 基于超声波传感器的定位技术概述  41-44
  3.3 基于多向超声波探测器和TDOA测距机制的自定位思想  44-45
  3.4 多向超声波探测器的硬件设计  45-49
    3.4.1 多向超声波探测器整体结构  45-47
    3.4.2 超声波发射电路设计  47-48
    3.4.3 超声波接收电路设计  48-49
  3.5 超声波测距的优化与补偿  49-51
  3.6 本章小结  51-54
第4章 基于多向超声波探测器的网络自定位算法  54-72
  4.1 概述  54-56
  4.2 信标节点稀疏条件下的自定位算法  56-60
  4.3 信标节点充分条件下的自定位算法  60-65
    4.3.1 基于多向超声波探测器的基本自定位算法  60-62
    4.3.2 基于优化搜索的最大似然估计算法  62-65
  4.4 仿真与实验结果  65-71
  4.5 本章小结  71-72
第5章 光环境分布式监测网络系统  72-82
  5.1 分布式监测网络结构  72-73
  5.2 监测系统整体工作过程  73-81
    5.2.1 传感器节点部署  74-76
    5.2.2 组织建立网络  76-78
    5.2.3 网络节点自定位  78-80
    5.2.4 信息采集处理  80
    5.2.5 监测软件融合显示  80-81
  5.3 本章小结  81-82
第6章 总结与展望  82-84
  6.1 工作总结  82-83
  6.2 研究展望  83-84
作者在攻读硕士学位期间的科研成果  84-86
参考文献  86-89

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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
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