LoRa无线传感网络在地表形变监测中的设计

论文摘要

随着物联网(Internet Of Things)技术的迅速发展,人们越来越多的依靠该技术解决生活中的实际问题,例如数据监测、智能控制等。近年来中国各地频繁出现山体滑坡,泥石流等自然灾害,使得每年都会因此而造成大量的财产损失和人员伤亡。无线传感网络(WireLess Sensor Network,WSN)技术也成为解决该类问题的主要方式。由于这些灾害大多发生在地理位置相对偏远,交通不便的地区。考虑到上述客观因素,急需研制一个质量可靠、性能稳定的监测预警设备,可在恶劣的环境中长期实时监测来保障人们的生命财产安全。在我国对于此类灾害的监测预警研究时间较晚,对于某些边坡等数据多以人工进行测试,这种方式实时性较低,除此之外还存在例如传输距离不理想,监测精度不高,安装困难等不足。得益于无线传感技术的不断进步,使得上面所提出的问题能够得到比较好解决。对于数据信息的采集分析首先是通过传感器进行汇集。对于数据的传输媒介有两种选择方式:1)通过有线形式的连接,常见的有RS232,485,SPI,I2C等。这种方式受传输距离限制。2)利用无线传输进行通信,常见的方式例如蓝牙,WiFi,ZigBee,LoRa等。考虑到监测设备对于传输距离,功耗,节点连接数的要求以及近些年来迅速发展的LoRa通信技术受到的广泛关注。同时结合微机电系统(Micro Electromechanical System,MEMS)传感器,通过查阅参考已有的研究资料,本论文要设计一种以LoRa通信技术为载体的无线传感网络,实现传输距离远,组网简单,灵敏度高,工作时间长的监测预警系统。地表形变监测系统由数据采集节点、汇聚节点以及监控中心组成。将部署在不同位置的采集点通过LoRa无线通信的方式与汇聚节点组成星形网络结构。采集端通过MEMS测斜传感器获取地表倾斜姿态信息并利用STM32微控制器处理后汇总到汇聚节点,汇聚节点通过GPRS通信方式将信息远程传输到监控中心。监控中心用C#语言进行开发,以达到数据的可视化监测预警目的。由于应用环境的因素使得供电变得困难。因此,在设计时会用到太阳能供电方案保证设备能够持续稳定工作。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 论文研究意义及背景
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 滑坡监测研究现状
•     1.2.2 无线传感网络现状研究
•     1.2.3 LoRa研究现状
•   1.3 论文研究内容与组织结构
•     1.3.1 课题来源
•     1.3.2 论文研究目标
•     1.3.3 论文结构安排
• 第2章 无线传感网络系统结构分析
•   2.1 引言
•   2.2 无线通信技术比较
•   2.3 无线传感网络结构
•     2.3.1 网络拓扑结构比较
•     2.3.2 星形结构的确立
•   2.4 节点方案设计
•   2.5 本章小结
• 第3章 无线传感网络层方案设计研究
•   3.1 子节点入网设计
•     3.1.1 子节点入网协议格式
•     3.1.2 节点数据碰撞原因
•   3.2 节点数据防碰撞方法
•     3.2.1 网络时钟同步
•   3.3 节点数据轮询采集
•   3.4 本章小结
• 第4章 系统硬件设计
•   4.1 采集终端主硬件设计
•     4.1.1 主控芯片介绍
•     4.1.2 微控制器最小系统
•     4.1.3 复位电路
•     4.1.4 晶振电路
•     4.1.5 主芯片电路
•     4.1.6 下载电路设计
•   4.2 采集终端电源电路设计
•     4.2.1 电源供电系统设计
•     4.2.2 充电电路设计
•     4.2.3 3.3 V电压设计
•     4.2.4 5V电源设计
•   4.3 采集终端传感器设计
•     4.3.1 测斜传感器
•     4.3.2 土壤湿度传感器
•   4.4 GPS模块功能及应用
•     4.4.1 GPS简介
•     4.4.2 GPS应用方案
•     4.4.3 GPS数据解析
•   4.5 LoRa模块功能及应用
•     4.5.1 LoRa模块接口设计
•     4.5.2 LoRa模块模式选择
•     4.5.3 LoRa数据传输方式
•   4.6 汇聚节点设计
•   4.7 GPRS模块功能及应用
•     4.7.1 GPRS简介
•     4.7.2 GPRS应用方案
•   4.8 PCB采集主板设计
•     4.8.1 原理图设计
•     4.8.2 PCB库的制作
•     4.8.3 PCB设计
•     4.8.4 PCB焊接
•     4.8.5 PCB调试
•   4.9 本章小结
• 第5章 系统软件设计
•   5.1 程序设计原则及流程
•     5.1.1 节点开发环境选择
•     5.1.2 上位机开发语言及环境介绍
•   5.2 采集终端程序设计
•     5.2.1 传感器程序设计
•     5.2.2 串口程序设计
•     5.2.3 LoRa通信模块程序设计
•     5.2.4 GPS程序设计
•   5.3 汇聚终端程序设计
•     5.3.1 GPRS程序设计
•   5.4 上位机程序设计
•     5.4.1 网络通信设计
•   5.5 滤波算法程序设计
•     5.5.1 滤波算法程序设计
•   5.6 本章小结
• 第6章 系统测试
•   6.1 LoRa通信距离测试
•   6.2 太阳能充电测试
•   6.3 倾角传感器测试
•   6.4 土壤湿度传感器测试
•   6.5 GPRS通信测试
•   6.6 节点接入测试
•   6.7 系统联网测试
•   6.8 其它无线监测方案对比
•   6.9 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间取得学术成果

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 高严

导师: 方方,黄平

关键词: 无线传感网络,传感器,地表形变

来源: 成都理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 自然地理学和测绘学,电信技术,自动化技术

单位: 成都理工大学

基金: 国家自然科学基金项目“滑坡孕育过程次声波特性与临滑前兆研究”,项目批准号:41502293

分类号: TN929.5;TP212.9;P227

DOI: 10.26986/d.cnki.gcdlc.2019.000514

总页数: 81

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