基于WSN的船舶机舱温度监测系统研究与设计

摘要

随着计算机控制技术、电子信息技术和网络通信技术的飞速发展,现代船舶的自动化程度越来越高,逐步形成机舱自动化、航行自动化、信息一体化、装载自动化结合的全船综合自动化。机舱自动监测系统是机舱自动化的重要组成部分,它的核心内容是采集和管理机舱设备的运行参数、设备状态、故障信息。
　　本文将无线传感器网络(Wireless sensor networks-WSN)应用于船舶,设计了一种基于无线传感器网络的温度监测系统,用于船舶机舱设备温度信号的采集、处理、通信,实现温度数据的集中监测、存储和打印等多种功能。系统设计过程中,以MSP430F149和nRF905为主芯片,设计、研制了传感器节点和中心节点,构建无线传感器网络的硬件平台;以时分多址(Time DivisionMultiple Access)方式作为无线传感器网络内传感器节点与中心节点之间的通信协议,设计了通信命令的帧类型和帧格式、通信方式和过程;以Viual Basic6.0为软件平台设计了计算机监测软件,对组建的温度监测系统进行了综合调试,实现温度数据的在线监测,验证了系统的稳定性、可操作性。整个课题结构完整,从根本上解决了无线传感器网络设计、应用中的软、硬件问题,创造性地设计了一种适合于小型无线传感器网络的新型通信协议,为船舶自动监测系统甚至其它方面的无线传感器网络的应用提供了一种有效的解决方案。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题的背景及意义

1.1.1 船舶机舱自动监控系统的发展

1.1.2 课题的意义

1.2 无线传感器网络研究综述

1.2.1 无线传感器网络概述

1.2.2 无线传感器网络的特点

1.2.3 无线传感器网络的应用及研究现状

1.3 论文主要研究内容

第2章 系统架构和通信协议设计

2.1 系统总体架构

2.2 系统主要功能

2.3 系统通信协议设计

2.3.1 RS-485总线通信协议

2.3.2 中心节点/传感器节点通信协议

2.4 本章小结

第3章 系统网络硬件平台设计

3.1 硬件平台结构及组成

3.1.1 传感器节点平台

3.1.2 中心节点平台

3.1.3 监测计算机管理平台

3.2 无线传感器网络节点设计要求

3.2.1 节点设计总体要求

3.2.2 处理器和无线射频芯片的设计要求

3.2.3 节点核心部件

3.3 传感器节点硬件电路设计

3.3.1 电源模块

3.3.2 微处理器模块

3.3.3 温度数据采集模块

3.3.4 无线通信模块

3.4 中心节点硬件电路设计

3.4.1 中心节点硬件组成

3.4.2 电源模块

3.4.3 存储模块

3.4.4 串行通信模块

3.5 本章小节

第4章 系统软件设计

4.1 软件总体设计

4.2 传感器节点软件设计

4.2.1 温度数据采集模块

4.2.2 无线通信模块

4.2.3 传感器节点程序流程设计

4.3 中心节点软件设计

4.3.1 数据储存模块

4.3.2 串行通信模块

4.3.3 中心节点软件流程设计

4.4 计算机监测软件

4.4.1 人机界面设计

4.4.2 监测计算机与中心节点的通信过程

4.4.3 软件功能模块

4.5 本章小节

第5章 系统调试与测试

5.1 硬件电路测试

5.1.1 节点PCB板的制作

5.1.2 节点硬件电路测试

5.2 软件调试

5.2.1 调试环境—Embedded Workbench

5.2.2 开发方法—JTAG仿真器在线编程

5.3 系统综合测试

5.3.1 测试平台组建

5.3.2 测试过程和结果演示

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

参考文献

攻读学位期间公开发表论文

致谢

研究生履历