无线传感网络开题报告

1、-武汉理工大学本科学生毕业设计(论文)开题报告1、目的及意义(含国内外的研究现状分析)微电子技术、计算技术和无线通信等技术的进步,推动了低功耗多功能传感器的快速开展,使其在微小体积内能够集成信息采集、数据处理和无线通信等多种功能.无线传感器网络(wirelesssensornetwork,WSN)就是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息,并发送给观察者传感器、感知对象和观察者构成了传感器网络的三个要素.如果说Internet构成了逻辑上的信息世界,改变了人与人之间的沟通方式,

2、那么,无线传感器网络就是将逻辑上的信息世界与客观上的物理世界融合在一起,改变人类与自然界的交互方式.人们可以通过传感网络直接感知客观世界,从而极大地扩展现有网络的功能和人类熟悉世界的水平10经济全球化加大了海洋运输业的开展,是我国港口货物吞吐量不断提升.港口货物吞吐量的急速增长,使得港口大型起重机的工作负荷日益加重,对港口起重机的货物装卸水平提出了更高的要求.港口起重机的平安,也由原来只注重金属结构平安而转向增强对起重机电气故障的监测.近年来,由起重机电气故障引起的事故越来越多,在国内外各地屡屡发生,受到的关注也越来越大.研究起重机电气限制系统故障,对于保证起重机的正常工作和平安运行有着十分重

3、要的现实意义.随着自动化限制技术的开展,目前港口起重机电气限制也在朝着自动化、智能化的方向开展.PLG光纤技术、 液压技术等越来越多的运用到起重机的控制系统,以改善其工作的智能化与可靠性.近年来,故障监测与诊断技术迅速开展,并在机械、化工、电力、航天、核能等多个领域取得了大量的应用成果.1)国外研究现状1996年,美国学者straser、Kiremidjian提出运用无线技术替代结构监测有线系统的思想,开辟了无线传感技术在结构监测领域中应用,并研制了一套实时的损伤识别结构健康监测系统：以上述学者的工作为根底,Lynch等运用标准的集成电路开发了一个无线传感器的模型：整个传感器节点包括一个八位微

4、处理器,检测单元采用微加速度芯片构成,并且所集成的无线传感器在实验室中得到了验证.(1)日本大型机械监控技术应用研究日本安川公司的基于无线接入技术的起重机监控系统(CraneMonitoringsystem,CMS利用移动通信技术与智能传感技术相结合,实现了对集装箱装卸设备的远程监控.借助于远程监控可以将企业内部的信息网与限制网有效地连接起来,实现对生产状况的随时掌握,把生产状况同企业的经营治理策略紧密结合,从而实现企业的综合自动化可以建立网络范围内的监控信息、数据、知识的资源库可以实现现场运行数据的实时采集,为远程故障诊断提供依据技术；人员无需亲临现场或恶劣坏境就可及时监视现场设备状况并限制

5、生产系统,实现无人或少人值守.日本住友公司开发的包括金属结构应力在内的大型起重机械监控系统应用超高速交换路由技术实现其遍布全世界的机械产品在线状态检测.在结构应力检测中,住友主要使用可靠性高的焊接式电阻应变计,为其国际化、网络化、高品质效劳提供有力依据.(2)马来西亚港口设备监控与调度治理系统马来西亚的Johor港口利用无线接入技术实现装卸机械、 集装箱、 船舶与监控中央的实时数据通信,并借助oracle数据库软件和相应计算机硬件完成实时在线数据交换,利用美国NaviS公司的SPRC制EXPRES软件系统,进行统一监控与调度,实现了集装箱自动化作业.(3)德国基于非线性神经网络的钢板厚度监控系

6、统德国戴姆勒一奔驰一公司为实现板厚的精确限制,通过四个厚度传感器,应用径向基函数网络的特殊形式Gaussian网络,建立冷轧机板厚限制模型.通过比照逆模型开环闭环限制的评价指标,得出限制器与限制对象逆模型闭环控制灵敏度较高的结论,并用内模限制和模型预测限制获得较好的结果.该系统为神经网络在过程限制中的应用奠定了根底.(4)荷兰基于GIS和无线通信的港口智能化信息治理系统荷兰鹿特月一港的智能信息治理系统包括三个子系统：港区地理信息系统、港区箱管信息系统、港区监控调度系统.采用2.4G微波扩频技术提供信息交换平台,使三个系统无缝连接.港区地理信息平台是收集、存储、治理、综合分析和处理空间信息和港区

7、车辆交通信息的计算机系统,是GIS技术在港口车辆调度系统中的延伸.港区信息系统建设在通讯网络和地理信息平台的根底上,将港区现场的各种机械(岸桥、场桥、叉车、集卡)等相关信息一方面实时地反映到电子地图,另一方面送入监控调度系统.港区监控调度系统把整个港区的设备集成到一个网络中,实现作业信息和设备状态的一体化治理.2)国内研究现状监测与诊断技术在我国广泛的研究开始于20世纪80年代,目前,国内有多家科研院所和高校正在进行故障诊断技术的研究,清华大学、西安交通大学、华中科技大学、东南大学、同济大学、武汉理工大学等高校都有自己非常有特色的研究成果.(1)东南大学,设备监控与故障诊断研究所东南大学的研究

8、重心在旋转机械的工况监视与诊断方面,目前研制开发了机械设备工况监视与故障诊断系统系列MFLT品.产品利用振动、温度、压力等传感器在线获取机组运行状态信息.信号采集局部根据转速信号实现整周期并行采集多路振动信号实时监视局部一天24小时实时显示各种快变信号如(振动)和缓变信号(如压力、温度)的数字和图表,运用振幅、振幅增加速率和分频振幅值等多种方法判别机组运行是否正常,实现异常工况自动报警,并有在不可预见事故发生时保存现场信息的“黑匣子功能；在线故障诊断局部定时接收数据采集实时监视系统传来的振动、振动相关信号及特征数据.利用逻辑推理、数值分析,结合领域专家知识和机组历史档案进行综合分析,并采用人工

9、智能技术,把人工神经网络融入逻辑推理专家系统的推理机制,通过全局逻辑推理、局部人工神经网络并行计算的推理机制,模拟人类形象思维和逻辑思维相结合的过程,给出故障信息和解决问题的对策.(2)上海交通大学基于移动通信技术的港口起重机远程监控系统上海交通大学系统的现场监控采用的是GEgO3舔列PLG利用无线网关连接现场起重设备和监控中央,通过TCP/1P协议实现检测数据的无线传输.系统可对码头的任一台设备进行在线监测,必要时可对故障设备进行远程诊断.但是,该系统监控对象仅为设备电控信号,且在港口恶劣环境下的实时性、可靠性和稳定性有待进一步提图.(3)天津港基于短信平台的起重机动态监测装置天津港起重机动

10、态监测装置安装在港口门式起重机上,于2001年投入使用,可以动态地测出门式起重机的吊装重量、电源的工作电压、耗用的电能、各运行电机的三相定子与转子电流、卷扬系统齿轮箱的冷却油温、起重机旋转的角度、起重钩头的高度及桥臂前后运动的限度等,可将测得的主要信息记录在IC卡、磁卡或其他记录媒体上,定时将上述信息以无线通讯方式发送到局域网.该装置除缺少金属结构监测外,因其使用特殊记录载体,较适合于生产经营治理监督,而不利于操作人员治理人员及时、直观地掌握设备状况日.(4)华中科技大学网络化远程监控以华中科技大学为代表的国内科研机构将工nternet技术引入设备远程监控系统中,实现了基于Internet的远

11、程监控.目前正在向嵌入式工nternet接入技术和基于Multi-gent的分布式智能测控方向作进一步研究.在分布式监控领域,目前,MAS勺研究在国外逐渐增多,国内也在起步,但大多这些研究或者停留在理论层面,或者只具备不多的Agent特性,并且缺少与限制算法有机融合.基于MAS勺分布式智能监控技术与一般智能信息系统中的MASfc术相比具有一定的特殊性,它要求高的实时性和可靠性,同时要考虑其强的资源受限性.(5)武汉理工大学光纤光栅大坝健康监控系统该系统应用光纤光栅传感器,建立结构应变监测系统,目前在武汉长江二桥、水布娅大坝等重要设施的监控中发挥巨大作用.(6)南京长江大桥结构在线健康监测系统南

12、京长江大桥健康监测系统于2022年投入使用,由传感系统、信号分析与处理系统、监测与评估系统组成.为了满足采样速率和数据实时处理的要求,系统将信号分为三类由三台计算机分别限制,三类信号分别是应变类传感器采用金属电阻应变计、振动类传感器主要有加速度传感器、拾振器和位移环境类传感器.设备运行的可靠性、被测信号的真实性和有效性特别是识别雷击、周边环境等各种干扰在该系统中得到较好的解决.为了保证采集箱数据远距离传送的可靠性,采用统一标准接口为了预防扩展时前级机箱故障对后级系统的影响,扩展采用分别中继,保证了公里范围内所有数据平安可靠的传送.数据进入限制室后,经一转换器传入计算机,为提升数据传输的快速和可

13、靠,后期改为用火线口或直接使用口.转换器内设置的单片机,负责限制数据采集和将数据直接传送到计算机内存,保证了计算机的有足够的时间对信号进行预处理、存硬盘、显示以及将有效数据传送至土位机,实现了对数据的实时处理,预防了大量监测数据得不到妥善处理和利用,无用数据造成数据库的堵塞4.限制中央利用获取的信息分析结构的工作状态,评估结构的可靠性,为大桥的治理和维护提供科学的决策依据.目前,国内外在设备监控和故障诊断领域已经取得卓有成效的应用,从监控系统硬件开发到故障诊断分析算法到工程远程网络监控的实现,为进一步的研究工作提供了丰富的资源60主要参考文献：1孙利民,李建中,陈渝、 朱红松.无线传感器网络M

14、.北京： 清华大学出版社,2022:32李君.港口起重机电气故障诊断与处理M0武汉：武汉理工大学出版社,2022:703徐俊.低功耗无线应变传感器的研究与应用D.武汉：武汉理工大学,20224甄正义、唐超.起重机多功能平安保护装置J.起重运输机械：1996,15陶德馨,刘刚.港口起重机金属结构技术状态的检测、评定与分析J.起重运输机械,1994:25-296李丽.基于无线传输的起重机结构应力在线监测系统研究D.武汉：武汉理工大学,20222、根本内容和技术方案本毕业设计对无线传感器网络的工作原理进行了研究,通过对无线传输性能参数确实定、核心芯片的选择和网络协议的探讨,研究了基于无线传感器网络的

15、动态应变测试的应用.在此根底上,对采集节点和基站节点的硬件局部进行了设计并完成了系统性能测试.最终对测试上位机系统进行了软件设计.论文的主要内容包括：第一章：绪论本章介绍了本毕业设计的研究背景及意义,阐述了国内外在本领域的研究状况和基于480MHz的无线应变测试系统的开展趋势,并在此根底上提出了本文的研究内容.第二章：无线传感网络原理分析及其测试应用本章概述了无线传感器网络,介绍了无线传感器网络的三个体系结构,即网络结构、节点结构和网络协议栈,然后阐述了无线传感器网络通信协议、支撑技术和应用技术.重点分析研究了无线传感器网络的路由协议、MAC协议、拓扑限制和IEEE802.15.4标准,并简要

16、介绍了在此根底上的定位、时间同步、数据治理和数据融合技术.最后,提出并分析了将无线传感器网络在起重设备测试中应用的相关优势.第三章：无线应变测试系统功能分析本章系统论述了应变测试技术的相关理论,包括应力分析和电阻应变测试技术,并以门式起重机为对象分析了应变测试点的布置方案.然后分析了以电阻应变电桥测量为根底的应变数据采集方法,并提出了以无线传感网络为根底的应变测试系统的设计方案.第四章：无线传感器节点的硬件设计本章介绍了无线传感器节点的硬件组成,无线传感器节点主要由采集节点和基站节点组成.其中,采集节点包括了应变采集模块、太阳能电源模块和480无线发射模块,基站节点包含了480无线接收模块和D

17、TU模块.以电阻应变片作为传感元件,通过单片机将模拟信号进行处理,经过A/D转换,将模拟信号变成适合处理的数字信号,再发送给480无线数据收发模块,完成对现场数据实时采集.该无线数据收发模块负责将采集到的数据根据指定格式进行封装送到上位机.第五章：测试上位系统的软件设计本章主要介绍了测试中央的软件设计,这局部软件是在Matlab7.5的环境下设计的,利用其中的Simulink仿真系统和虚拟现实工具箱来模拟用户与远程设备的三维可视化交互,测试中央能接受Simulink模拟出的来自远程终端的信号并在三维虚拟现实环境下实时显示状态.并简单介绍了程序的使用方法及应用实例.第六章：总结与展望本章概括了毕

18、业论文的主要研究成果,并展望了今后需进一步开展的工作.毕业设计的技术路线主要包括：(1)分析无线传感网络工作原理熟悉无线传感网络的三个体系结构,即网络结构、节点结构和网络协议栈,然后学习无线传感器网络通信协议、支撑技术和应用技术.重点分析研究无线传感器网络的路由协议、MAC协议、拓扑限制和IEEE802.15.4标准,并简要了解了在此根底上的定位、时间同步、数据治理和数据融合技术.(2)研究电阻应变测试技术以门式起重机为对象对应变测试点的布置方案进行设计,然后分析了以电阻应变电桥测量为根底的应变数据采集方法,最后提出以无线传感网络为根底的应变测试系统的设计方案.(3)设计无线传感器节点根据提出的基于无线传感网络的应变测试系统设计方案,对单个无线传感器节点进行具体的硬件设计,其中包括了采集节点(应变采集模块、太阳能电源模块和480无线发射模块)和基站节点(480无线接收模块和DTU模块)的硬件设计.并在设计完成后对其进行系统性能测试(抗干扰性、非可视距离等).(4)编写上位机交互式仿真程序在离线的环境下,利用Matlab中的Simulink仿真系统和虚拟现实工具箱编写交互式仿真程序.用户可以与远程设备