地震地电场观测中网络传感器技术研究

摘要

地电场观测对于探测地球内部电性结构、地震预测研究具有很重要的现实意义。本文首先讨论了地震地电场观测和传感器技术的发展动态；然后讨论自然电场的特性,根据全方位的自然电场观测要求,初步设计完成了高精度、多通道、小型化、低功耗、网络化的传感器系统,以期实现在野外独立工作、台站网络化集成、远程无人值守等条件下的全方位、高精度、多通道的自然电场采集、传输以及观测系统的组网,并在实验室对网络化传感器系统进行测试。
　　 在网络化传感器系统的实现上,基于IEEE1451的分层模型,应用嵌入式系统技术,结合基于TCP/IP的网络技术,以双CPU的结构分别实现网络化传感器系统的数据采集模块和网络服务模块。详细分析数据采集模块的设计,以SoC级的芯片C8051F02X为核心,控制多片模数转换芯片AD771X实现自然电场的采集、存储以及数字化数据的输出。详细分析网络服务模块功能,在硬件上以低功耗ARM架构的EP93XX芯片为主控CPU,实现RS232串口,网络接口,内存访间接口等。结合GPRS数据传输技术具有覆盖面积广、数据传输速率快、容量大、自动连接Internet、系统建设成本低、维护方便、升级简单快捷等特点,以GPRS方式实现网络化传感器系统的无线网络访问功能,而有线网络访问则实现兼容现有地震前兆观测系统的有线网络。在网络服务模块的软件实现上,结合EVC下编程技术、COM技术、ASP技术,在wince操作系统的支持下,灵活的实现自然电场数据存储、处理、网络服务等功能,并提供友好的人机交互界面。
　　 实验室的测试结果表明,本文阐述的网络化传感器系统运行正常稳定,能够实现数据的高精度采集,实时存储、传输等功能；同时实现了网络化传感器的网络控制。

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标题

第一章 绪论

1.1 地电场观测的现状和国内外的主要进展

1.2 传感器技术发展动态

1.3 本文研究的内容

第二章 自然电场观测研究

2.1 自然电场产生机理

2.1.1 氧化还原电场

2.1.2 过滤电场

2.1.3 接触扩散电场

2.1.4 压电效应和震电效应

2.2 自然电场观测

2.2.1 自然电场数学模型分析

2.2.2 自然电场测量的基本方法

2.2.3 野外自然电场观测工作方法

2.2.4 自然电场观测基本要求

第三章 网络化传感器技术研究

3.1 网络化传感器组成

3.2 传感器组网

3.2.1 传感器网络无线通信技术

3.2.2 无线传感器网络标准

第四章 地电场网络传感器系统的硬件分析

4.1 数据采集控制模块硬件设计

4.1.1 主控器C8051F02X

4.1.2 模数转换器AD771X

4.1.3 硬件单元设计

4.2 网络服务模块硬件设计

4.2.1 基于ARM架构的嵌入式核心模块

4.2.2 通信功能

4.3 系统硬件功耗分析

第五章 地电场网络传感器系统的软件分析

5.1 数据采集模块软件设计

5.1.1 主程序

5.1.2 系统初始化

5.1.3 数据采集

5.2 网络服务模块软件设计

5.2.1 串口通信软件

5.2.2 网络访问服务软件

5.3 系统TEDS设计

5.4 系统软件功耗分析

第六章 地电场网络传感器系统的技术性能

6.1 系统性能测试分析

6.2 网络通信功能测试分析

6.3 模拟运行结果

第七章 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

参考文献

致谢

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