基于无线传感器网络的机舱监测报警系统的研究与设计

摘要

机舱监测报警系统是轮机自动化方向的一个重要研究内容，它的系统功能是准确可靠地监测机舱内各种动力设备的运行状态及其参数，一旦运行设备发生故障，自动发出声、光报警信号。船舶机舱自动化系统是集机舱动力系统及其辅助系统的自动控制、监测、报警等功能于一身的监控系统。它正以集成化、网络化、智能化、标准化、模块化、系列化等方式，向机舱综合自动化高层次阶段发展。通信和无线网络技术的快速发展为其在船舶机舱自动化系统中的应用奠定了基础，以无线网络为基础的智能化分布式系统将成为未来机舱自动化的发展方向。
　　采用无线传感器网络与以太网相结合，研制了一种基于无线传感器网络的船舶机舱监测报警系统，系统主要包括分布于机舱中各监视点的无线传感器、以太网/ZigBee网关、安装在集控室内的监视屏。提出了STM32W108CUB61作为无线传感器节点模块和网关无线射频模块的核心处理器，STM32F207ZGT6作为以太网/ZigBee网关核心处理器并结合控制无线射频芯片STM32W108CUB61和以太网芯片W5300的硬件设计方案，完成了无线传感器节点模块、以太网/ZigBee网关中无线射频模块部分和以太网驱动部分的硬件搭建和设计，还完成上位机显示软件的编写。通过以太网/ZigBee网关和上位机显示界面，用户就可以实现对无线传感器网络中每个传感器数据的收集与读取。
　　基于无线传感器网络的船舶机舱监测报警系统大大降低电缆的采购、敷设成本，同时自动化网络系统的冗余能力大大加强，整个系统更可靠、更安全。将无线网络技术运用于机舱自动化系统时，也要面对许多挑战，要解决诸如电磁兼容、组网结构等重要课题。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本文研究背景和意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 本文主要研究内容

第2章 无线传感器网络

2．1 无线传感器网络概述

2．1．1 无线传感器网络系统结构

2．1．2 无线传感器网络基本特点

2．1．3 无线传感器网络通信机制

2．1．4 无线传感器网络组网技术

2．2 无线传感器网络的发展

2．2．1 无线传感器网络发展现状

2．2．2 无线传感器网络未来趋势

2．3 无线传感器网络主要应用领域

2．4 本章小结

第3章 机舱监测报警系统总体设计

3．1 系统组成与功能

3．2 信号监测类型

3．3 系统总体设计方案

3．4 本章小结

第4章 机舱监测报警系统硬件设计

4．1 机舱监测报警系统总体硬件方案

4．2 现场级无线传感器节点硬件设计

4．2．1 现场级无线传感器节点硬件设计方案

4．2．2 主控芯片STM32W108介绍

4．2．3 现场级无线传感器节点硬件设计

4．3 以太网／ZigBee网关硬件设计

4．3．1 以太网／zigBee网关硬件设计方案

4．3．2 以太网／ZigBee网关设计主要芯片介绍

4．3．3 以太网／ZigBee网关硬件设计

4．4 本章小结

第5章 机舱监测报警系统软件设计

5．1 现场级无线传感器节点软件设计

5．1．1 网络协议及协议栈

5．1．2 地址分配和寻址机制

5．1．3 节点的程序设计

5．2 ZigBee／以太网网关软件设计

5．2．1 ZigBee Pro协议栈和TCP／IP协议栈

5．2．2 STM32W108CUB61 ZigBee无线射频模块软件设计

5．2．3 W5300以太网模块软件设计

5．2．4 系统驱动和控制的软件设计

5．2．5 网关应用层协议

5．3 上位机软件设计

5．4 系统测试

5．5 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

附录

攻读学位期间公开发表论文

致谢

研究生履历