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无线传感器网络的远程数据传输及方向回溯天线

陈玲  
【摘要】: 随着传感器技术、无线通信技术、嵌入式计算技术和分布式信息处理技术等技术的发展,无线传感器网络已在工业、农业、交通、军事、安全、医疗和环境监测等方面崭露头角,并逐渐从实验室研究走向大规模的实际应用阶段。在这一过程中,还存在许多问题,本论文主要解决无线传感器网络在实际应用中的远程数据传输问题。 本文结合无线传感器网络的发展状况和我国的国情,选择了经由GPRS传输的TCP/IP方式作为远程数据传输的主要手段,通过分析汇聚节点上ATmega128单片机的USART寄存器和GPRS模块与外部设备进行通信的AT指令,编写了串口初始化以及数据传输的程序,实现了数据从无线传感器网络到监测中心服务器的远程传输。 然而,由于基站和GPRS模块上天线的通信距离不等,尤其是贴片天线增益较小使节点的布置受限。为了在不增加发射功率的情况下,满足野外监测应用中对无线传感器网络大面积、远距离的要求,从电路分析、仿真模拟等方面着重研究了工作在GSM900MHz频段的方向回溯天线的设计。首先,仿真了角馈双极化天线,分析了介质厚度、介质板介电常数对天线性能的影响,采用在贴片上开缝的方式,使发送和接收端口分别工作在上行和下行频段,解决了带宽不够的问题;然后,设计了相位共轭电路,对其中的微带耦合滤波器和功分器进行了仿真与分析,结果显示,各部分都能达到预期的设计指标。 此外,考虑到GPRS模块耗电量较大且处于无基础设施的野外环境,故采用太阳能电池板为汇聚节点和GPRS模块设计了光伏发电系统进行可持续性供电。 综上,本文在充分利用现有技术和资源的前提下,采用了经由GPRS的TCP/IP传输方式,实现了数据的远程传输,为无线传感器网络从理论到实际应用迈出了重要的一步。所设计的方向回溯天线由于能自动跟踪来波方向,不需要来波方向的先验知识和复杂的数字信号处理算法,降低了对汇聚节点性能的要求、减轻了汇聚节点的负担,在不增加GPRS射频模块发射能量的情况下,增加了汇聚节点与基站之间的通信距离,保证了数据传输的可靠性和稳定性;同时也降低了信号被未知第三者截获的概率,增加了数据传输的安全性。


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