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《浙江理工大学》 2010年
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面向结构健康监测的无线传感器网络的研究与设计

朱小锴  
【摘要】: 无线传感器网络WSN(Wireless Sensor Network)是一种新型的网络和计算机技术。近年来,随着传感器技术、微电子技术、嵌入式技术和无线通信等技术的进步,WSN得以迅猛发展,成为计算机学科的研究热点。WSN是由部署在监测区域内的大量微型廉价的传感器节点,以无线通信方式形成的一个自组织的网络系统,其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域内的信息,并发送给监测者。由于基于WSN的数据采集系统具有安装方便、维护成本低和部署灵活等特点,在结构健康监测应用中具有很大的优势。 结构健康监测SHM(Structural Health Monitoring)系统是对建筑结构(如建筑物、桥梁、航空航天结构、近海石油钻井平台等)进行完整性评估。与一般的环境监测不同,结构健康监测系统通常要对结构震动信号进行持续不断的高频采样。理论讲,结构震动频率在20HZ左右是监测的重点,采样频率应该达到50HZ以上。如果采样频率低,采样数目明显不足,则无法对震动反应进行重建。因此要求无线传感网络具有采样频率高、通信速率高、数据传输质量稳定的特点,而现有无线系统一般无法做到。 为了达到应用要求,本文做了以下几个方面的工作: (1)在节点硬件方面,设计实现了基于ZigBee协议的硬件平台。平台采用CC2420射频芯片和ATmega128L处理芯片,数据传输速率可以达到250kbps。传感器采用MMA7260三轴向加速度传感器。 (2)在系统软件方面,详细研究和分析了无线传感器网络常用的数据汇聚路由协议(CTP路由协议),在TinyOS2.0中实现了使用CTP路由协议和SMAC链路层协议进行的自组织的高质量无线数据通信。 (3)提出了采用基于小波提升的数据压缩算法对采样数据进行压缩,并针对TinyOS系统和硬件平台对算法进行改进并实现。通过实验和对比达到了良好的效果,从而突破通信带宽的瓶颈限制,达到提高采样频率的目的。 (4)设计并实现了后台监控软件,可以通过后台软件实现了解监测数据、路由信息、通信状况等信息。
【学位授予单位】:浙江理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP212.9;TN929.5

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