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基于小型无线自组织网络的油田监控系统的研究与实现

作　者: 李利军
导　师: 肖兵
学　校: 华南理工大学
专　业: 模式识别与智能系统
关键词: 无线网络油田监控 SimpliciTI 频率跳变
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 117次
引　用: 2次
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内容摘要

随着传感器技术、嵌入式技术和无线通信技术的发展,新兴的无线传感器网络以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点,得到广泛的应用,受到越来越多研究人员的重视。无线传感器网络是一种新型的信息获取平台,由分布在给定监测区域的大量无线传感器节点构成,各传感器节点能够实时监测和采集监测区域内的对象信息,通过无线通信方式组成一个多跳自组织网络。传统的无线传感器网络以数据为中心,本论文研究的无线传感器网络也叫小型无线自组织网络,是一种以节点为中心的无线传感器网络。本论文首先比较分析当前流行的几种短距离无线通信技术。对SimpliciTI网络协议标准展开了具体的研究,包括SimpliciTI网络协议的协议栈结构、协议各层的功能及特点,并对网络设备、数据帧结构以及网络拓朴结构作了进一步的研究。针对现有SimpliciTI网络协议中的跳频机制、网络安全机制,也进行了探讨和改进。针对矿区油井分布广泛、交通不便、管理不方便的现实,将SimpliciTI网络技术应用到小型无线传感器网络中,设计了一个基于小型无线自组织网络的油田监控系统,利用该系统可以实时采集矿区油井抽油井载荷、压力、变频器频率等运行状态数据,通过无线传感器网络传输至监控中心,工作人员通过监控中心对数据进行分析与处理,实现对矿区油井多参数设备的监控。设计部分主要包括系统硬件设计部分和系统软件设计部分,硬件设计部分采用射频芯片CC1110作为主控芯片,主要包括系统硬件的连接以及组成系统的各个模块的设计;系统软件设计部分主要包括网络协议的分析、移植、功能节点软件的实现以及监控平台软件的设计。并通过实际组网测试,验证了设计方案的可行性。通过本课题的研究,确定基于小型无线自组织网络的油田监控系统可以满足设计要求,同时从工业生产现场的角度综合考虑了可靠性设计和使用成本等问题。该方案具有可移动性、组网方便、受地理环境因素干扰较小等突出优点,具有广泛的应用前景。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-17
  1.1 课题研究背景及意义  11-12
  1.2 短距离无线通信技术的应用现状  12-15
    1.2.1 Wi-Fi  13
    1.2.2 Bluetooth  13
    1.2.3 ZigBee  13-14
    1.2.4 SimpliciTI  14-15
  1.3 主要研究内容及组织结构  15-17
第二章 SIMPLICITI网络协议及其改进  17-31
  2.1 SIMPLICITI 网络协议标准  17-21
    2.1.1 模块组成  17-18
    2.1.2 体系结构  18-20
    2.1.3 数据帧结构  20-21
  2.2 SIMPLICITI 网络设备和拓扑结构  21-23
    2.2.1 网络设备  21-22
    2.2.2 设备地址  22
    2.2.3 网络拓扑结构  22-23
  2.3 基于SIMPLICITI 网络协议的改进  23-30
    2.3.1 无线网络存在的问题  23-24
    2.3.2 网络接入的方式  24-26
    2.3.3 SimpliciTI 网络跳频机制的改进  26-28
    2.3.4 SimpliciTI 网络安全机制的改进  28-30
  2.4 本章小结  30-31
第三章系统总体设计  31-36
  3.1 无线自组织网络的特点  31-33
  3.2 系统总体设计方案  33-35
  3.3 系统总体设计原则  35
  3.4 本章小结  35-36
第四章系统硬件设计  36-53
  4.1 无线收发模块的选型  36
  4.2 射频芯片CC1110  36-40
    4.2.1 芯片CC1110 的主要特点  36-38
    4.2.2 内部结构  38-39
    4.2.3 工作模式  39-40
    4.2.4 高频功能模块  40
  4.3 射频小信号放大电路主要技术指标  40-43
  4.4 射频小信号放大器电路结构  43-44
  4.5 阻抗匹配电路  44-48
  4.6 系统硬件总体设计  48-52
    4.6.1 电源模块的设计  48
    4.6.2 通信接口的设计  48-49
    4.6.3 射频功率放大器模块的设计  49-51
    4.6.5 节点硬件电路图  51-52
  4.7 本章小结  52-53
第五章系统软件设计  53-70
  5.1 软件开发环境  53-54
  5.2 射频参数配置  54-55
  5.3 网络协议栈的移植  55-60
    5.3.1 系统初始化  55-56
    5.3.2 网络连接  56-57
    5.3.3 网络数据接口  57-58
    5.3.4 设备管理接口  58-60
  5.4 数据中心节点软件设计  60-62
  5.5 终端节点软件设计  62-63
  5.6 范围扩展设备节点软件设计  63-64
  5.7 监控平台软件设计  64-69
    5.7.1 监控中心软件结构与功能  64-66
    5.7.2 终端监测软件设计  66-67
    5.7.3 终端命令格式  67-69
  5.8 本章小结  69-70
第六章系统功能测试  70-75
  6.1 点对点有效传输距离测试及分析  70-71
  6.2 系统功能测试及分析  71-73
  6.3 本章小结  73-75
第七章总结  75-77
  7.1 研究总结  75-76
  7.2 展望  76-77
参考文献  77-80
攻读硕士学位期间发表的论文  80-81
致谢  81-82
附件  82

基于小型无线自组织网络的油田监控系统的研究与实现

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