基于无线传感器网络的管道漏水信号采集系统设计

摘要

在我国水资源浪费问题一直都很严重，这不仅阻碍了经济的发展也对周围的环境带来危害，因此对于发生漏水情况的监测是非常有必要的。在最近几年，无线传感器网络(WSN)已经呈现了高速发展和应用的局面。由于WSN具有的低功耗、低成本、自组织等特点，使其在医疗设备、智能家居、工业自动化、环境监测等领域获得了广泛的应用。特别是在GSM网络出现之后，数据的远程无线收发为无线传感网增添了色彩，这种方式开始逐步取代传统的手持设备获取现场数据的方法。工作人员只需将相应的传感器设备安装在工业现场，通过无线传感技术来实现现场数据的远程实时收发。
　　本课题设计了一种基于无线传感器网络的管道漏水信号的采集系统。该系统的设计是为管道漏水点的定位提供数据支持，系统将声音传感器采集到的漏水数据通过无线传输的方式远程、实时、准确的发送到上位机端。课题分为三大部分来完成，即数据采集终端的设计、协调器网关的设计、数据接收端的设计。数据采集终端选用ZigBee模块配合声音传感器的使用共同完成，协调器网关则由ZigBee协调器模块、基于ARM Cortex-M3内核的STM32f103微处理器以及GPRS无线通信模块构成。首先漏水数据通过ZigBee无线传感网发送至协调器，然后STM32通过串口的方式直接将数据传输给GPRS模块，最后通过GPRS技术将数据无线远程发送至上位机接收端;本课题采用C＃语言完成上位机软件的编写，用于数据的显示与存储，上位机可控制不同节点的发送与否，本文将接收到的漏水信号数据给予字符和波形图两种方式显示在上位机界面，并将其中字符数据实时保存到SQL Server2008数据库中。管道漏水监测系统搭建完成后，对各个模块进行分步测试以及对整个系统运行测试，测试结果基本达到预期目标。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景与意义

1．2 供水管道漏水信号的种类及传播

1．3 国内外研究现状

1．4 本文的研究内容

第二章 系统总体方案设计

2．1 无线传感器网络概述

2．1．1 ZigBee技术的主要特点

2．2 系统设计原则分析

2．3 漏水管道监测系统的总体结构介绍

2．4 系统的硬件设计方案

2．4．1 芯片需求分析

2．4．2 硬件选型

2．5 系统的软件方案设计

2．5．1 数据采集终端的软件设计

2．5．2 数据控制中心的软件设计

2．5．3 上位端的界面设计

第三章 数据采集终端的设计

3．1 硬件选型

3．2 数据采集模块结构

3．3 声音传感器

3．4 数据采集与发送的软件实现

3．4．1 协议栈的使用

3．4．2 系统的初始化

3．4．3 漏水管道信号的数据获取

3．4．4 数据发送

3．5 小结

第四章 数据控制中心的设计

4．1 数据控制中心

4．2 ZigBee协调器组成

4．2．1 串口通信电路

4．3 STM32微处理器

4．3．1 STM32简介

4．3．2 STM32F103微处理器主要特性

4．4．1 GPRS简介

4．4．2 GPRS的工作原理

4．4．3 GPRS模块与STM32硬件接口连接

4．5 数据控制中心的硬件模块连接

4．6 数据控制中心的软件实现

4．6．1 STM32处理器中主体程序设计

4．7 小结

第五章 上位机的设计与实现

5．1 上位机系统的软件开发环境简介

5．2 网络应用编程技术

5．2．1 Socket编程工作原理

5．2．2 上位机端的Socket编程

5．3 数据库——上位机数据存储

5．4 小结

第六章 系统的功能测试

6．1 终端节点的数据采集传输的功能测试

6．2 网络连接的测试

6．3 上位机端数据显示以及波形显示的测试

6．4 上位机数据存储的测试

6．5 系统性能小结

第七章 总结与展望

7．1 本论文完成的工作

7．2 进一步的研究工作

参考文献

附录

致谢