太阳能集热装置的无线监测系统设计

摘要

随着社会的发展，工业的进步，很多大型工业设备、厂区的出现，为了让这些工业设备能够长期安全稳定的运行，实时掌握系统的运行状态和参数，监控系统是必不可少的，但早期的有线监控系统需要繁琐复杂的连线，而且成本高昂，存在很大的局限性，更重要的是在现代工业场合中，由于存在高危险性等一些特殊情况，不便于维护人员直接接触检修和操作，无线监控系统的出现很好的解决了这些难题。本文就是针对大型太阳能集热装置而设计的一款短程无线监测平台，主要解决设备工作在有毒、高温、高压、易燃等危险场合中各个部位状态信号的采集、处理和通信等问题，从系统可靠性、数据准确性以及节点的低功耗出发。
　　太阳能集热装置是一个高效率吸收太阳能辐射的试验系统，同时还能将太阳能转换成其他形式的能量，本文根据该装置实际需求，设计了一套短程无线监测系统。首先对各种无线网络进行了深入分析和比较，选取了ZigBee标准为系统的通信协议，设计了以MSP430F149和CC2530F256为核心控制器的无线传感节点，并对无线网关进行了软硬件设计，搭建了基于ZigBee规范的星型无线传感网络平台；各种无线传感节点将系统每个部位的状态信号实时采集，包括温度、应变、压力和流量等传感信号，并在采集终端节点对这些数据进行简单的数据分析处理，然后通过ZigBee无线网络发送给汇聚节点，再次进行数据融合处理，最后将处理结果通过串口发送给监控中心显示，实现了太阳能集热装置的短程无线监测功能。
　　另外，考虑到无线节点是电池供电，为了尽可能的长期稳定工作，还对节点进行了低功耗设计，根据对节点系统的功耗分析，主要采用低功耗核心控制芯片和减少无线通信数据量的措施，通过增加控制器的计算和处理能力，即牺牲处理器CPU资源，来减小无线网络的通信载荷，达到节能的目的，大大延长了无线节点的使用寿命。
　　最后，对系统性能指标进行了测试和分析，包括网络通信测试、误帧率测试、低功耗测试和系统运行数据分析；总结了系统完成的工作以及存在的不足，对下一步要做的工作进行的详细的分析和展望。

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第1章 绪论

1.1课题背景

1.2短程无线监测系统研究现状

1.3课题研究目的和论文组织结构

第2章 无线监测系统总体设计

2.1 系统设计要求

2.2 无线通信标准选取

2.3 系统整体设计

2.4 本章小节

第3章 无线监测系统硬件设计

3.1 节点系统低功耗设计

3.2 节点硬件设计

3.3 网关硬件设计

第4章 无线监测系统软件设计

4.1 ZigBee协议栈分析

4.2 无线传感节点程序设计

4.3 无线网关程序设计

第5章 系统测试数据分析

5.1 监测节点入网测试

5.2 无线监测系统误帧率测试

5.3 监测节点低功耗测试

5.4 系统运行数据

5.5 实物展示

第6章 总结与展望

致谢

参考文献