22132字硕士毕业论文基于WSN的高压设备温度检测系统研究
论文类型：硕士毕业论文
论文字数：22132字
论点：节点,传感,传感器
论文概述：
基于无线传感网的高压设备测温系统的设计本文分四章进行展开，首先是温度传感器模块的设计，包括选型、软硬件方案以及最后的实现，根据接触式以及非接触式等不同需求构建了三类传感器
论文正文：
简介
无线传感器网络(WSN)是通信技术、计算机技术、传感器技术和网络技术的结合。这是一个知识高度整合的热门研究课题。随着物联网概念的兴起，无线传感器网络技术再次受到广泛关注。它被认为是未来影响人类生活的十大新兴技术之一。
一些低功耗、多功能、低成本的无线传感器网络节点分布在一定的区域。通过各节点的协同工作，可以完成测量、控制和定位等多种功能。功能的完善和应用场合的多样化，使WSN在军事防御、城市建设、工农业生产、生物医疗、救灾救援等诸多领域具有潜力和价值。电力系统中的高压设备经常因大电流引起的高温升高或关键部件接触电阻的增加而引发事故。
因此，有必要实时监控这些热敏部件。传统的监控系统一般需要布线，高压设备附近的强电磁干扰阻碍了该方法的应用。通过大量低功耗多功能无线传感器网络节点协同工作，完成网络覆盖区域内温度数据的实时监控、传感、采集和处理，温度数据通过无线电波自组织多跳汇聚到汇聚节点，然后通过互联网或卫星等方式传输到用户终端。无线传感器网络技术可以有效解决变电站布线、触点、总线等难以监控的问题。
1.1无线传感器网络概述
无线传感器网络是由大量低成本无线传感器节点组成的网络。
这种网络不需要基站或交换机作为传输。节点通过点对点通信进行通信，也称为自组织网络(ad hoc network)，这是一种特殊的多跳移动无线网络。无线传感器网络为人类深入研究客观世界开辟了一个新时代，也是当今信息技术领域的前沿学科。美国是第一个研究无线传感器网络的国家。自20世纪70年代以来，研究人员通过点对点连接将传统传感器和传感器控制器连接起来，以感测和传输数据，形成了应用于军事领域的第一代传感器系统。20世纪80年代，传感器节点大大提高了信息获取能力和信号综合处理能力，通过与传感器控制器的连接，形成了具有简单感知和综合处理能力的第二代传感器网络。20世纪90年代末，无线通信技术和现场总线技术被成功引入传感器网络建设。能够智能感知的无线传感器网络日益呈现小型化和智能化的趋势，标志着无线传感器网络的新时代。目前，无线传感器网络仍处于不断发展的阶段，也存在许多不足，市场上仍有一些相对成熟的产品，因此，无线传感器网络具有非常广阔的应用前景，其发展和应用将对人类的生活和生产带来极其深远的影响。1.1.1无线传感器网络功能和架构
WSN通常设计用于适应特定的应用背景，传感器节点的能量有限。与提供多样化需求和高质量服务的传统网络相比，WSN有一些独特的特点。正因为这些特点，WSN有很大的优势，但同时也有很多新的问题。无线传感器网络的主要特点是:
(1)节点数量大、密度高。由于无线传感器网络节点体积小，节点的传感和通信半径受到一定程度的限制，一般在几十米到几十米之间，因此为了保证网络的质量，需要在监控区域设置大量的传感器节点，使得通信范围能够完全覆盖被测区域。
(2)没有中心和自组织。无线传感器网络的构建和部署不依赖于特定的网络设备，例如交换机或路由器。启动后，节点可以根据预设的策略快速自发地形成独立的网络。网络中的节点工作有序。任何单个节点的故障都不会影响网络的正常运行。
(3)动态拓扑。由于WSN的传感器节点大部分时间处于休眠状态，并且传感器节点可能由于电池耗尽或人为损坏而随时出现故障，或者增加一些新的传感器节点来提高网络质量，这些特征将使WSN的拓扑结构随时发生变化。网络具有动态拓扑的特点。
(4)以数据为中心。在WSN，人们并不关注特定节点收集什么样的数据，而只关注监测区域中特定指标的值。以数据为中心的特性要求WSN摆脱传统的网络寻址过程，快速、灵活、有效地组织每个节点，按照一定的策略进行数据聚合和融合，为用户提取有用的信息并发送给用户。
(5)面向应用的网络。无线传感器网络的选择将根据不同的应用在网络拓扑、路由协议和数据聚合模式上做出不同的设置。因此，面向对象是这个网络不同于其他网络的一个重要特征。一般典型的WSN系统架构通常包括三个部分:传感器节点、汇聚节点和用户终端，如图1.1所示。通过手动嵌入或随机播种的方式将大量传感器节点布置在待监控的范围内，通过无线方式自组织形成通信网络，通过多跳中继方式将感知和采集的监控数据传输到汇聚节点。汇聚节点融合并压缩整个区域的数据，然后通过互联网、串口、USB等通道传输到远程管理中心集中处理。
目前，无线传感器网络的研发速度非常快，主要体现在协议研究、网络管理、网络支持和应用开发四个方面。在协议研究方面，研究者在现有媒体访问控制协议和路由协议的基础上，改进了一些协议，开发了新的协议。在网络管理方面，数据管理和节能一直是该领域的热门话题。随着信息安全概念的兴起，人们对网络安全的需求也在上升。网络安全规划已成为研究者的新课题。在网络支持方面，节点定位、时间同步和用户应用界面问题是亟待解决的难题。在开发方面，智能尘埃、伯克利尘埃、云母等尘叉和十字弓技术节点已经走出实验室，进入应用测试阶段。中国科学院微系统研究所领导的团队积极开展了基于WSN电子围栏技术的边防系统的研发和试点，并取得阶段性成果。中国科学院软件研究所在地下停车场实施了基于WSN技术的细粒度智能停车位管理系统，通过广播、大屏幕等方式将停车信息快速传递给周围车辆，给用户停车带来极大便利。
第二章系统总体规划.............................7
2.1总体规划设计...................7
2.2工作内容的制定和安排.............................................7[/溴/]2.3本章总结了的第3章中温度采集模块的实施..............................9
............................10
3.1传感器模块设计.............................10
3.2模块需求分析和选择............................11
3.3传感器硬件方案设计...................21
3.4 Pt100硬件方案..............................21
第四章能源收集模块的实施.............................35
4.1总体方案设计............................35
4.2需求分析和收集方案的比较以及..............................35
4.3能量收集硬件方案设计.............................................37
4.4实验结果分析和改进..............................39
第五章组网方案设计..............................44
5.1网络拓扑设计................................44[/溴/]5.2数据融合方案的设计选择和改进...........................................45
5.3路由协议.............................................46
结论
基于无线传感器网络的高压设备温度测量系统的设计分为四章。首先，温度传感器模块的设计包括选型、软硬件方案和最终实现。三种类型的传感器模块根据不同的要求构造，例如接触型和非接触型。其次，自供电系统的设计，根据课题的要求，尝试了三种环境能量收集方案，并在实验室进行了物理测试，其中太阳能效果最为明显。其次，在节点组网方面，根据应用需求建立网络拓扑和数据聚合方案。对TinyOS操作系统中的几种主流路由协议进行了比较和分析。通过实验和仿真，选择聚合树CTP作为最终的路由协议。最后，对温度测量系统的人机界面进行了简单的功能设计，并设计了温度显示、主动温度查询和历史记录查询功能。
参考
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