【摘 要】
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无线传感网络是一种集成了无线通信、传感器探测、通讯网络、嵌入式技术的多学科融合技术,其应用包括军事(情报侦听、监控)、环境(火灾、污染物的监测、预警)、健康(身体监控、医药管理)等。由于其高度的理论与应用价值,受到了国内外学者的广泛研究。在化工厂的生产、存储环境中,由于设备故障、操作事故或人为破坏等原因,容易发生易燃易爆、有毒气体的泄露等重大事故。对生产环境中的危害气体进行监测并对泄露源进行精确定
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无线传感网络是一种集成了无线通信、传感器探测、通讯网络、嵌入式技术的多学科融合技术,其应用包括军事(情报侦听、监控)、环境(火灾、污染物的监测、预警)、健康(身体监控、医药管理)等。由于其高度的理论与应用价值,受到了国内外学者的广泛研究。在化工厂的生产、存储环境中,由于设备故障、操作事故或人为破坏等原因,容易发生易燃易爆、有毒气体的泄露等重大事故。对生产环境中的危害气体进行监测并对泄露源进行精确定位不仅有助于提早预防、安全生产,还能够在灾情发生时迅速安排撤离,进行抢险救援工作。本文设计的系统以化工园区环境中的危害气体的监测和灾害预警为应用背景,结合嵌入式和无线自组传感网两大关键技术,研究如何实现化工园区环境中有害气体信息采集、传输和数据的呈现以及出现险情时的定位预警功能。本文所做的主要工作如下:1、硬件设计上,选用CC2530射频芯片完成传感网络中各种节点之间的通信,传感节点核心控制器选用超低功耗的MSP430,结合多种传感器完成监测环境中的信息的感知。汇聚节点主控芯片选用数据运算能力较强的STM32,完成数据的接收、分析并上传监控中心。2、根据无线传感网络的复杂性和低功耗的要求,对无线自组织协议HEED做了针对性的改进,新协议改进了原协议簇首与汇聚节点直接通信、网络能耗不均等缺点,仿真结果也验证了新协议在性能上相对原协议有很大的提升。3、在对化工园区环境中的危害气体监测的过程中,监测节点的位置是一个极为关键的信息。针对WSN中广泛使用的DV-Hop定位算法通信代价过高和定位精度不够的问题,本文提出了一种改进型的定位算法,仿真结果表明改进的定位算法在减少通信开销的同时提高了定位精度。4、在完成自组织协议路由算法改进的基础上进行系统的软件设计,实现传感器网络的自组织和多跳数据传输。在汇聚节点,监测数据经过分析、处理后经由GPRS网络上传到监控中心,并在突发险情下实现GSM短信预警。同时基于Qt来开发传感网监测中心,对监测区内的信息进行实时的显示。5、最后,本文对整个系统的定位、组网、险情预警以及数据显示等模块进行测试。实测结果的分析表明,该监测系统能够达到设计时预期的要求。
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