基于无线传感器网络的水管泄漏检测节点的设计与实现

摘要

随着无线通信技术的飞速发展，无线传感器网络技术在社会各个方面的应用越来越广泛。本文针对广泛采用的音听法、相关检漏法等埋地水管泄漏检测技术存在的成本高、精度低、可靠度有限等问题，提出了基于无线传感器网络的埋地水管泄漏检测方案。该方案具有对漏点自动检测并无线上传存储的特点，将漏点检测范围扩大至管网的面。在此基础上，本文以低功耗处理器ARM9芯片为核心芯片设计实现无线传感器检测节点，该节点由采集模块、微处理器模块、LCD显示模块、无线传输模块组成，采集模块主要是完成对供水管道泄漏时的振动信号的采集，放大和滤波；处理器模块将放大的信号进行A/D转换后采用快速FFT算法，进行频谱分析；显示模块显示采集信号的频谱；无线传输模块采用433M的ISM频段进行无线传输并采用低功耗SimpliciTI协议来设计节点与网关的无线通信功能。此外，还扩展了JTag口、USB口等外围接口。
　　检测节点通过对正弦波、方波和混频信号的检测以及无线传输距离等方面的测试，其检测结果表明该节点实现了对采集信号的泄漏检测和无线上传到网关的功能，满足无线传感器节点设计要求，具有检测方便、可行等特点。

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1 绪论

1.1 本课题研究背景与意义

1.2 水管泄漏检测的现状

1.3 课题的研究意义

1.4 论文的主要内容及安排

2 管道泄漏特性及泄漏检测原理

2.1 供水管道泄漏检测对象

2.2 泄漏信号的特性

2.3 泄漏检测原理

2.4 本章小结

3水管泄漏检测系统概述

3.1 检测定位系统总体设计方案

3.2 检测系统的功能概述

3.3 本章小结

4硬件设计

4.1 芯片选型

4.2 测控终端硬件设计

4.3 SPI接口介绍

4.4 本章小结

5系统软件设计

5.1 软件开发环境

5.2 测控终端软件设计

5.3 433M SimpliciTI协议的无线功能设计

5.4 ARM9与CC1110的SPI驱动设计

5.5 模拟网关部分软件设计

5.6 本章小结

6 系统测试

6.1标准正弦波作为输入测试

6.2标准方波作为输入测试

6.3用混合波作为输入测试

6.4无线传输距离测试

6.5本章小结

7总结与展望

7.1 论文总结

7.2 展望

致谢

参考文献

附录 1测控终端模块PCB图

附录2测控终端模块实物图