无线传感器网络在铁路棉花运输安全监测中的应用研究

摘要

棉花作为重要的经济作物及工业纺织纤维原料之一，在国民经济发展中具有特殊的重要作用。每年约有300万吨的棉花从新疆经由铁路运往内地，但每年都有7、8辆车的棉花在运输途中自燃，不仅严重干扰了铁路运输秩序、威胁铁路运输安全，给企业、国家造成较大的损失，而且会对铁路沿线群众的人身和财产造成威胁，甚至影响少数民族地区的稳定。本文利用无线传感器网络具有成本低、适用性强、部署灵活、操作简单、智能等特点，解决了由于铁路运输环境恶劣，干扰因素众多，运输时间长，不具备供电和联网通讯条件等诸多不利因素所造成的在途监测困难的问题，设计并实现了一套铁路棉花运输安全状态监测系统，用以有效保证棉花的运输安全，减小火灾事故发生的概率。因此课题的研究具有重大的实际意义。
　　要保证系统对关键数据没有漏报误报的现象，就需要合理的检测策略，保证数据的有效性和可靠性。在此前提下，要保证系统在无供电环境下系统生命周期大于运输时间，则需要完善节能方案，提高能量利用率。这两点是本系统得以推广的重要保证。
　　本文通过对无线传感器网络各部分的能耗进行分析，结合实际的运输场景，完成了对铁路棉花运输安全状态监测系统中无线传感器网络的检测策略和节能方案的研究。通过对棉花燃烧特性的分析，提出了对棉花安全状态检测需要重点关注的检测量，并利用实验室实验条件对MQ2型、MS5100型烟雾传感器和TGS5042型一氧化碳浓度传感器进行相关选型实验，完成了无线传感器网络中重要传感器节点的设计。针对于铁路运输中无供电条件的情况，将检测策略和节能方案进行结合，降低无线传感器网络中关键动作的能耗，例如传感器采样、节点间通信等。基本实现了铁路棉花运输安全状态监测系统中无线传感器网络的安全状态检测和险情预警功能。测试结果表明:理论上，所采用的节能机制足以满足铁路棉花运输监测的时间要求。

目录

致谢

摘要

1 引言

1．1 课题的研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 课题研究的范围

1．4 本文主要的研究内容和结构

2 无线传感器网络技术概述

2．1 无线传感器网络概念及特点

2．2 无线传感器网络的体系结构

2．2．1 网络节点结构

2．2．2 网络系统架构

2．3 无线传感器网络的关键技术

2．3．1 传感技术

2．3．2 Zigbee技术

2．4 无线传感器网络的应用

2．5 本章小结

3 铁路棉花运输安全状态监测系统的总体架构

3．1 系统硬件平台及软件实现工具

3．1．1 硬件平台

3．1．2 软件实现工具

3．2 铁路棉花运输安全状态监测系统(CSMSRT)的设计方案

3．2．1 CSMSRT的无线传感器网络

3．2．2 CSMSRT的网关(Sink节点)

3．2．3 CSMSRT的定位系统

3．2．4 CSMSRT的地面数据服务器

3．2．5 CSMSRT的远程监测系统

3．3 本章小结

4 无线传感器网络传感器节点设计

4．1 棉花安全状态分析

4．2 检测量和传感器类型

4．3 传感器实验

4．4 传感器节点功能设计

4．5 无线传感器网络的能耗分析

4．6 系统节能设计

4．6．1 休眠唤醒机制

4．6．2 数据融合机制

4．6．3 变频检测机制

4．6．4 外围电路控制机制

4．7 本章小结

5 无线传感器网络传感器节点应用

5．1 铁路棉花运输场景

5．2 传感器节点部署

5．3 检测策略

5．4 本章小结

6 传感器节点节能效果测试

6．1 传感器节点能耗测试

6．2 各部分能耗分析

6．3 能耗对比及计算

6．4 本章小结

7 总结和展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

作者简历

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