基于无线通讯的城市污水泵站故障遥测系统应用研究

摘要

随着互联网技术和信息通信技术的发展，远程遥测技术已成为工农业生产的重要辅助设施，应用十分广泛。在城市污水泵站故障遥测系统中，可以实时了解泵站系统故障状况，在泵站系统出现故障时，为决策者提供相关故障信息、故障发展趋势从而进行分析、合理安排系统运行和维护，在缩短泵站维修周期，减少维修成本方面具有非常重要的现实意义和良好的经济效益。
　　 论文根据城市污水泵站的工艺流程，确定了泵站故障信号类型和故障检测位置(信号)的选取，在分析了几种重要故障信号采集原理及其采集器件选型之后。文章着重阐述了ZigBee和GPRS通信协议，重点研究了IEEE802.15.4物理层(PHY)和媒体接入控制层(MAC)结构模型、数据帧结构以及数据传送方式。然后介绍了ZigBee协议标准和IEEE802.15.4协议标准的关系，分别就ZigBee协议栈架构、网络的建立等作了进一步研究。
　　 论文研究了城市污水泵站故障原理及信号采集方法和数据无线传输原理，确定了遥测系统的设计方案。以GPRS、ZigBee精简版协议栈和CC2430片上系统为软硬件平台，进行了遥测系统设计，完成了基于精简版协议栈的CC2430故障信号采集与无线传输的软硬件设计，实现了ZigBee无线传感器网络和GPRS网络的自组网和信号的无线传输。具体为ZigBee星型拓扑网络的建立、节点的加入和节点的脱离、故障信号的分布式采集与数据发送和接受、LCD显示、SPI、UART通信、GPRS和ZigBee网络数据双向传输等功能。研究了系统的初始化、协议栈相关函数设置、函数调用和下载。
　　 最后，文章给出了设计一个城市污水泵站故障遥测系统的故障遥测终端和传感器终端节点应用程序。它们包括：无线数据的接收、发送程序，串口初始化程序，键盘驱动程序，故障信息采集与处理程序、LCD显示程序，GPRS通信程序和应用主程序等，并对系统进行调试并给出实验验证。通过实验验证，系统功能达到了设计预期，能够满足城市污水泵站故障信息远程采集的要求，同时针对系统存在的不足和系统未来发展趋势提出了进一步深入研究方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1遥测系统的概念

1.2课题背景与研究目的

1.3遥测系统发展简史

1.4污水泵站故障遥测系统中几种常用的无线组网技术

1.4.1 GSM技术

1.4.2 GPRS技术

1.4.3 ZigBee技术

1.5系统可行性分析

1.6本课题主要研究工作与创新点

1.6.1本课题主要研究工作

1.6.2本课题的创新点

第二章城市污水泵站故障信号的采集

2.1污水泵站工艺流程

2.2污水泵站故障信号类型

2.3检测部位(信号)的选择

2.3.1格栅前后污水液位故障信号检测

2.3.2泵轴承温度信号检测

2.3.3泵主轴摆度信号检测

2.3.4泵体振动信号检测

2.4本章小结

第三章ZigBee协议研究

3.1 IEEE802.15.4标准

3.1.1 IEEE 802.15.4物理层(PHY层)

3.1.2 IEEE 802.15.4媒体接入控制层(MAC层)

3.2 ZigBee协议标准

3.2.1 ZigBee发展概况

3.2.2 ZigBee技术特点及应用

3.2.3 ZigBee协议栈架构

3.2.4网络层关键技术

3.2.5网络的建立

3.2.6路由的设计

3.2.7 Zigbee网络拓扑

3.3 GPRS网络

3.4小结

第四章系统整体方案设计

4.1系统需求分析

4.1.1系统功能需求分析

4.1.2系统性能需求分析

4.2系统设计方案

4.2.1遥测系统的组成

4.2.2传感器终端节点结构

4.2.3系统工作原理

4.3故障信号采集

4.4故障报警点的确定

4.5小结

第五章污水泵站故障遥测终端硬件设计

5.1故障遥测终端硬件设计说明

5.2 CC2430无线单片机简介

5.2.1 CC2430芯片的主要特点

5.2.2 CC2430外围参考电路

5.3 ZigBee无线传输模块设计

5.4具体功能模块设计

5.4.1测试电路设计

5.4.2供电电路设计

5.4.3 RS232串口转换电路

5.4.4 LCD显示电路设计

5.4.5 GPRS接口电路设计

5.4.6 GPRS无线数据传输模块选型

5.4.7 SIM卡电路设计

5.5本章小结

第六章故障遥测终端软件的实现

6.1 ZigBee星型拓扑网络的实现

6.1.1原语概念

6.1.2建立新网络

6.1.3 ZigBee设备加入网络过程

6.1.4 ZigBee星型网络通信的实现

6.2故障遥测终端软件设计

6.2.1精简版协议栈介绍

6.2.2任务间的转换

6.2.3主程序设计

6.2.4系统初始化

6.2.5应用程序编写

6.2.6 UART串口初始化

6.3 GPRS-DTU终端通讯程序实现

6.3.1 GPRS-DTU数据传输简介

6.3.2 GPRS驱动程序

6.4本章小结

第七章传感器终端网络节点设计

7.1传感器终端网络节点硬件设计

7.2软件设计

7.2.1 CC2430芯片初始化程序

7.2.2采样定时中断子程序

7.2.3故障信息、状态的采集程序

7.3小结

第八章系统调试与验证

8.1系统编译与调试

8.2系统验证目的与验证平台

8.3系统验证结果与分析

第九章总结与展望

9.1总结

9.2后续工作展望

参考文献

致谢

硕士期间发表的论文