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水下传感器网络节点试验室测试系统研究与设计

冯源  
【摘要】: 随着低功耗无线电通信技术、嵌入式计算技术和微型传感器等技术的飞速发展和日益成熟,大量由低成本微型传感器节点通过无线自组织方式组成的无线传感器网络得到越来越广泛的应用。无线传感器网络是多学科交叉的前沿研究课题,水下传感器网络同样具有极大的研究价值,在军事、工业、医疗、交通和民用诸多方面具有广阔的应用前景,它已经应用在海洋环境信息监测、海洋污染监控、海洋灾难预防、水下辅助导航定位、海洋资源勘测、分布式战术监测、水雷侦查和水下目标的探测、跟踪和定位等领域。 无线传感器网络作为一种独立出现的计算机网络,它的基本组成单位是传感器节点。传感器节点的生产过程复杂,芯片、器件、焊接、走线中任何一项出问题都会导致不合格节点的产生。尤其是水下传感器节点,由于其制作工艺复杂,部署环境特殊,要求其具有更高的质量,建立测试平台进行传感器节点测试具有重要的研究价值和实际意义。 本文研究开发了水下传感器网络节点试验室测试系统,针对水下传感器节点的结构和特点,提出了适用水下传感器节点的测试方案,并对网络协议模块、信号处理模块、功放模块分别进行测试,通过实际部署和组网测试验证该试验室测试系统的有效性,论文的主要研究内容包括: 1.研究水下传感器网络节点的结构和网络协议,分析水下传感器网络节点试验室测试系统开发的可行性及应用需求,研究水下传感器网络节点试验室测试系统的主要功能,对水下传感器网络节点试验室测试系统进行总体设计,给出了水下传感器网络模拟系统和PC监视配置系统详细设计。 2.设计了网络协议模块测试方案。对网络协议模块测试分为硬件测试和网络协议测试两部分。其中,硬件测试包括串口测试、并口测试、与PC机连接测试,通过串口小精灵辅助完成。开发了水下传感器网络监控平台作为网络协议测试工具,进行网络协议测试,并通过组网测试对网络协议模块进行综合测试。 3.提出了信号处理模块测试方法,给出了信号处理模块测试软、硬件详细设计。信号处理模块测试主要测试信号经过信号处理模块之后,信息是否正确。在信号处理模块中信号要经过抽取特征信号、滤波、去干扰、分析、综合、变换和运算等处理,因此,本文对于信号处理模块的域变换、滤波处理、分频处理、数模转换等功能的测试进行了设计。 4.介绍了功放模块测试步骤,先描述了功放测试性能指标,然后进行了功放模块测试软硬件设计。本文还详细介绍了模拟信号发生器的设计,由于在水声环境中进行通信实验工作复杂、难度大,发生错误难以调试,采用模拟信号发生器代替换能器产生模拟信号,以模拟水声环境,进行相应的测试工作。 5.在试验室部署测试场景,实施了水下传感器节点试验室测试系统。从测试结果及时发现水下传感器节点存在的问题,提高水下传感器网络的可靠性,通过实际部署和组网测试验证该测试系统的有效性。


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