小流域山洪预警系统嵌入式数据汇聚平台的设计

摘要

我国是一个多山的国家，全国三分之二左右的陆地是山丘区，地貌复杂多样。季风性气候决定了我国降雨在年内分布不均，暴雨频发，汛期高度集中。全国山洪灾害威胁1836个县级行政区的人民。由于暴雨频发的气候、复杂的地貌以及人类经济活动，我国已经成为山洪灾害最严重的国家之一。
　　近几年来，随着电子技术、计算机技术及传感器技术的发展，无线传感器网络技术在环境监测方面得到了广泛的应用。本文设计完成无线传感器网络山洪监测系统中的嵌入式数据汇聚平台，实现实时汇聚小流域水位、降雨量等监测数据，对汇聚数据进行数据解析、水雨情信息一致性判别，通过GPRS将采集的数据发送到用户端和预警设备的功能。研究山洪预警模型，对流域水利信息进行整理，给出山洪预警警戒值的确定方法，利用BP神经网络技术完成水位流量数据的拟合，通过D-S证据理论做出山洪是否发生的预测。
　　本文选择功能强大的ARM9处理器S3C2440作为硬件平台，集成射频通信模块、电源模块、JTAG接口模块、GPRS通信模块、LCD显示模块、以太网模块、串口模块等。数据汇聚平台采用ZigBee协议与水雨情传感器节点进行数据传输，ZigBee模块与处理器之间采用串口RS232进行通信。数据汇聚平台采用GPRS/Internet传输模式，将汇聚的数据发送到远程用户端和预警设备。在软件编写上，使用多线程编程，充分考虑与用户的交互性，完成了节点的控制、山洪监测数据显示、帮助等界面的设计。
　　本系统经过多次软硬件结合的调试和改进可以稳定的在野外运行，实践表明，该系统数据采集及时、准确、可靠，系统安装使用方便，适合野外水雨情环境的监测应用，真正实现了自动化无人值守化监测，具有广泛的实际用途。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题背景

1．2 课题的目的及意义

1．3 国内外研究现状

1．3．1 国外研究现状

1．3．2 国内研究现状

1．4 本课题的来源及研究的主要内容

1．5 本章小结

2 嵌入式数据汇聚平台设计方案

2．1 嵌入式数据汇聚平台功能需求分析

2．2 嵌入式数据汇聚平台方案论证

2．2．1 多通信协议选择方案论证

2．2．2 处理器选择方案论证

2．3 嵌入式数据汇聚平台总体设计方案

2．4 本章小结

3 系统硬件设计

3．1 系统硬件原理图设计

3．2 系统各模块设计

3．2．1 核心板模块的设计

3．2．2 存储模块的设计

3．2．3 多协议通信模块设计

3．2．4 LCD液晶显示模块设计

3．2．5 JTAG模块设计

3．3 本章小结

4 系统的软件设计

4．1 嵌入式操作系统的选择与移植

4．1．1 嵌入式操作系统的选择

4．1．2 Wince开发环境的介绍

4．1．3 WinCE操作系统的移植

4．2 嵌入式数据汇聚平台软件的总体设计

4．2．1 嵌入式数据汇聚平台人机交互总体设计

4．2．2 嵌入式数据汇聚平台软件的总体设计

4．3 嵌入式数据汇聚平台应用程序设计

4．4 本章小结

5 山洪预警临界雨量确定方法

5．1 山洪预警原理

5．2 BP神经网络原理

5．3 D-S证据理论原理

5．4 本章小结

6 系统测试及算法验证

6．1 系统测试

6．1．1 测试环境搭建

6．1．2 系统软件测试

6．2 系统临界雨量的确定

6．3 D-S证据论证在山洪预警中的实例

6．4 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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