冻雨监测和预报系统

摘要

冻雨是一种严重的灾害性的天气现象。由于它会给人们生活以及农业、工业、电力系统方面造成非常巨大的损失，所以研究其形成和预防机制，设计出一种用于监测和预报冻雨的系统是至关重要的。本文针对冻雨的监测和预报缺乏实时有效措施的现状，设计了一套基于ZigBee无线传感网络和GPRS技术的冻雨监测和预报系统。
　　本研究主要内容包括：第一，通过分析高压输电线和电力塔的分布特点，将链式网络拓扑结构应用在本文设计的冻雨监测和预报系统中。根据冻雨形成的条件，得出冻雨形成的气象模型。基于ZigBee无线网络技术，完成了协调器作为汇聚节点自动建立网络，路由器和终端节点作为采集节点自动加入网络的链式网络建立。第二，冻雨监测和预报系统主要是由采集节点、汇聚节点和远程监控中心组成。本文设计的采集节点主要负责采集温度、湿度、风速、节点编号和电压等数据。汇聚节点是由GPRS数据传输模块和ZigBee网络的协调器节点组成，主要负责采集节点和远程监控中心之间的数据传输。第三，本文基于工控组态软件设计了一个远程监控中心。通过对通信协议的解析以及变量交换实验的分析，得出一种基于标致位的变量交换设定方法，解决了目前工控组态软件不能有效支持ZigBee无线传感网络的通讯问题，实现了无线传感网络、工控组态软件以及GPRS技术的有机融合。同时本文基于组态软件设计的监控中心人机界面友好，方便用户使用。本文设计的冻雨监测和预报系统，能够比较精确地采集到各个采集节点的数据，当这些数据满足冻雨模型中设置的参数条件时，监控中心就会发出报警提示。本文解决了工控组态软件和无线传感网络之间的通讯问题，为工业远程监测控制提供了重要的理论依据。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题背景及研究意义

1．2 国内外的研究现状

1．3 相关研究领域的发展现状

1．3．1 无线传感器网络技术

1．3．2 远程监测系统通信技术

1．4 本文主要内容及结构安排

2 冻雨监测系统网络模型的建立

2．1 冻雨监测系统特性分析

2．1．1 冻雨监测系统网络的特点

2．1．2 冻雨形成条件分析

2．2 ZigBee无线传感网络的技术介绍

2．2．1 ZigBee网络的拓扑结构

2．2．2 ZigBee协议栈的体系结构

2．3 冻雨监测系统链式网络的建立

2．3．1 协调器节点启动建立网络

2．3．2 采集节点启动加入网络

2．4 本章小结

3 冻雨监测系统的节点设计

3．1 冻雨监测系统的总体设计

3．2 传感器采集程序设计

3．2．1 温湿度传感器的采集

3．2．2 风速传感器的采集

3．2．3 节点编号和电压的采集

3．3 汇聚节点程序设计

3．3．1 汇聚节点与采集节点通讯实现

3．3．2 汇聚节点与上位机通讯实现

3．4 采集节点程序设计

3．4．1 接收汇聚节点采集命令

3．4．2 向汇聚节点发送采集数据

3．5 本章小结

4 远程监控中心通讯设计

4．1 无线传感器与工控组态软件通讯

4．1．1 组态王与单片机通信协议解析

4．1．2 变量交换实验分析

4．2 基于GPRS的组态画面设计

4．2．1 组态王中GPRS虚拟串口设备设计

4．2．2 组态王冻雨监测画面设计

4．3 本章小结

5 系统的性能测试

5．1 节点动态唤醒机制研究

5．2 功耗测试和电池寿命的估计

5．2 传感数据测量精度的测试

5．3 本章小结

结论

参考文献

附录A 汇聚节点程序设计

附录B 采集节点程序设计

附录C 冻雨监测和预报系统实物图

致谢