英语原文共 15 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
设计一个无线传感器网络为基础的实现
远程水位监测系统
摘要：本文提出的远程水位监测系统（RWMs）由域模块，基站模块，ADATA中心模块和Web发布模块组成。 具有实时性和远程同步控制的优点，具有可扩展性和抗干扰能力。该RWMS可以实现实时远程监控，提供事件的预警与在危险的情况下监测人员安全的保护。该系统已在鄱阳湖中得到成功应用。整个系统的费用约1,500万元（人民币）。
关键词：水位监测系统;无线传感器;远程监控系统;鄱阳湖
- 简介
水位监测已被广泛用于减少洪水灾害和危险中，确保船舶通道的安全及水环境监测。目前有现场监测的人，但更多的监测站正在采用传感器监测。目前在中国能找到一些以商品为基础的监控系统，像北京嘉炜有限公司的jwr-sj水位监测 或北京中西有限公司的HG35-QSW水位监测系统 。另一些则是基于无线传感器网络的水位监测系统， 诸如水位监测系统Tangshanpingsheng有限公司DATA86水位监测系统。在海外也发现了类似的监控产品，如td-diver，由荷兰海外人才和美国的大数据存储容量的水位监测YSI级侦察员的地下监视器， 这些现场自动化设备还需要人们在现场下载数据，因此， 研究人员一直试图设计和实施远程水环境监测系统。 有些是基于无线传感器网络通过声波传输。其他的都是基于Ad Hoc网络的无线节点传输，或采用手持数据采集和返回数据的方法。 该服务器使用GPRS网络。由于从传输距离到无线传感器网络的节点的干扰小，这样的监控系统是更适用于小规模水监测方案。考虑到广阔的地域和复杂的水文环境上述方法对我国的适用性有很大的限制。
让我们思考一个案例：鄱阳湖，位于中国的横山滩，在那里季节性洪水周期发生。其中一种实用的方法也需要同时监测多个地面水井中分配水位。另一个例子，在2008年5月12日四川汶川大地震过程中形成许多的湖泊。 胡泊水位迅速增加，威胁生命和财产，因此迫切需要快速准确监测水位，但相应的水利部门检测水位仍由人完成，这是非常低效的。此外，监控人员的安全受余震、山体滑坡和降雨的威胁，所以很难完成水位的测量。在这种情况下，远程水位监测系统可以直接向有关部门和实施实时监测提供同步数据并提供地震湖泊水位的早期预警。
远程无线水位监控系统采用自主研发的嵌入式zkos 操作系统在确保可扩展性和系统的实时性的同时降低成本。这个根据卫星同步的全球定位系统的芯片，把系统的定时器进行修订或调整，以保证系统在不同地区之间的同步性。考虑到该网站是在该领域程序的设计和开发，使系统可以远程更新可以提高系统的使用时限。在远程服务器中也开发了相关的软件来监控和控制该系统频率。因此，本系统可根据用户的查询进行定制。 目前，该系统被用来监控鄱阳湖水位。它也计划用它来连续监测中国河北省衢州市地下水和水位的矿化度。
2系统设计
2.1。系统介绍
RWMs由现场传感器模块、基站模块，数据中心模块和网页发布模块组成。该领域的传感器模块获取的实时数据转换后的数据发送给单片机（微控制器）。基站模块控制现场传感器模块通过GPRS／GSM传输数据到数据中心模块。
数据中心模块接收从GPRS / GSM模块传送的数据，然后传送的数据将被公布到WEB发布模块。
2.2。现场传感器模块
现场传感器模块，由水位传感器和电级交换芯片组成，主要是用于获得现场水位数据。该模块收集的水位信息比如一个模拟信号通过高精度的12位的A / D将其转换为数字信号，然后将其发送到单片机。
2.3。基站模块
基站模块是RWMS的核心。包括硬件和软件的，它集成了RTU（远程终端单元），单片机和GPRS / GSM功能单元。
2.3.1。基站模块硬件
基站模块包括单片机、复位电路、电容器组和串行扩展芯片。单片机是基于无线传感器网络的RWMs控制核心。这个嵌入式操作系统，ZKOS（科操作系统），控制并实现例如获得数据，处理数据，将数据传送等功能。该ZKOS会详细在后面的部分中描述。在复位电路，电阻和电容是串联的。复位电路和单片机的复位连接。电容器组可减少干扰，如高频率，波动，不稳定状态和电源浪涌，以保证
单片机正常工作。基站模块可以提供五个串行端口，为12位8A / D，二CAN总线和10种常见编程接口，以便方便地连接到多个I / O不同的接口的传感器。所获得的数据可以通过串行连接的GPRS / GSM模块远程服务器上进行数据交换。
在GPRS / GSM模块的硬件核心采用集成封装产品的新思维公。该软件具有很高的可靠性和自主开发的基于嵌入式zkos操作。
2.3.2。基站模块软件
（1）嵌入式操作系统zkos
嵌入式操作系统适用于不同的单片机并设有小代码，较少依赖堆栈、寄存器、定时器和中断器，适用于不同的单芯片。
（2）基于ZKOSW的远程无线监控系统
采用嵌入式操作系统zkos在远程无线水位执行的所有任务可以分为五种类型：
任务1：所有从模拟信道信号将被转换及时转换成数字经A / D信号。数字信号，然后将被转换成真实值。时机必须是超过10微秒，并且可以修改。
任务2：水位传感器的采样数据所用的时间必须高于0.1毫秒，并且可以修改。
任务3：获取数据应打包并传送到远程因特网通过GPRS模块的时间服务器。时序必须高于1分钟，并且可以修改。
任务4：该系统的工作模式或相应的操作可通过设定从GSM收到的短信导出指令。
任务5：要远程升级程序
（3）远程升级任务
为了解决某些特定的问题，需要对系统的软件在运行过程中进行改进。目前的方法是下载程序或改变Flash现场配件。但是，一旦系统设置在该系统中，它可能很难访问该点的领域，因此，以远程地升级程序远程使用GPRS是一个很好的方法。在线升级可以通过划分存储空间中的闪存来实现单片机的基站模块和定义数据格式，通过升级文件传输使用IAP（互联网接入商）。
GPRS远程升级系统由服务器和远程终端。服务器检查，如果有新程序升级。远程终端包括单片机和GPRS模块，这通过USART接口进行通信。服务器和远程终端通过GPRS。当软件需要升级的服务器，升级的位将被标记，然后升级标签和升级包将通过GPRS被发送回终端。在远程终端中有2种类型的闪存存储媒体：内部闪存和外部nand-flash。内部的存储介质分为IAP程序区和应用程序区域。IAP程序只执行在系统启动时升级软件和升级需要的程序。应用程序执行，以实现所有的功能系统正常运行。
外部nand-flash存储介质也可以分为两个部分：程序包区域和数据存储区。该系统将接收到的程序包从GPRS模块和把它保存到程序包区域。当接收正确的程序包时确认，系统将被复位。该程序将写入内部区域的IAP程序包程序。系统将在二次复位后正常运行。
每次复位后，该系统检查升级标签。如果升级位标记，则该系统由IAP程序操作。外部nand-flash程序包被写入内部闪存程序区，然后重置系统。如果没有标记，则系统由应用程序操作。当系统正常运行时，如果从服务器接收到升级标签，则升级验证请求被发送到服务器以升级所需的信息，如程序包的数量、大小、版本号等（这些信息也可以直接从服务器发送到终端）。一旦确认升级验证，升级程序包开始被写进nand-flash。当接收升级程序包时，验证码是正确的，该系统需要重置为升级。
2.4。数据中心
数据中心是一个管理接入GPRS／GSM模块和返回数据的软件。数据中心与GPRS无线网络通过互联网下的沟通TCP / IP协议。后台自动管理和可扩展的分析方法在每个GPRS／GSM模块。该软件具有操作界面简单，对网络适应性强。
2.4.1。数据处理流程
C-S结构用于数据中心的服务器上。这个中心还利用在通信协议实现多块TCP-IP Socket协议多线程方式的同步通信。C-S（客户端/服务器）的工作流结构如下：
C：单个模块的连接通过一个固定IP外部网络链接到服务器和一个指定的端口号。
s：每个终端与一个单独的线程分配接受从服务器并在终端发送数据，它总是在监视状态。
C：模块发送的登录信息。
S：比服务器测试登录信息。
C：模块发送数据
S：服务器通过根据日志信息解释在指定的分析方法调用（类文件）中的数据
2.4.2。功能介绍
（1）。在线列表：在线列表显示模块的详细信息，如IP地址，登录时间和数据更新时间。GPRS／GSM模块的状态将检测和在线列表可以通过右键单击清理
快捷键
（2）.框架：数据中心的框架，管理模块的访问，模块和数据接收。每个项目都是一个单元，其中一个模块是以获得项目数据需要相应的DLL动态数据分析添加。这个编译的dll文件可以放在程序的运行在服务器上的目录。这个GPRS／GSM模块可以修改使用寿命，使模块的访问权限很方便地被这个项目使用。
（3）。数据管理：每个项目的模块数据可以被查看。数据管理接口是可扩展的，这使得显示数据更容易和更简单。
（4）。设置数据中心：数据中心的启动选项包括默认自动运行
模式和手动配置模式。这2个选项使启动更加方便。此外，它们都可以满足不同的网络环境，因为数据中心将是根据用户的选择，一旦服务器重新启动操作。
2.4.3。连接数据发布模块
多线程监控某个终端时进行TCP背景程序数据中心启动。一旦数据从模块传输到服务器，一个线程将被设置处理数据，最后将处理后的数据存储在数据库中。在数据发布模块，当用户打开网页，搜索所需的信息，程序将收集用户输入的条件，在此基础上对数据库中的数据进行查询。所有的数据，以要求将被绑定到显示控制（数据表或图形的形式）并展示给用户
2.5。数据释放模块
模块的数据发布方式包括文本消息发布模式和网络释放方式。
2.5.1。文本消息发布
水位数据可以通过文本消息来获得和获取数据的形态可以由RWMS控制。它是非常实用的，互联网是不可访问的。实时数据可以得到，并且所获得的数据的方式可以方便地由用户通过发送被修改预先设定的文本消息发送到绑定到GPRS / GSM模块的移动电话号码。用户还可以通过接收数据，设置数据传输的时间间隔，并取消移动电话号码绑定等对通过发送消息。任何垃圾短信可以被挡在zkos定义密码之外。
2.5.2。网络发布
通过互联网上的网页发布模块，可以获得实时的水位数据。在对历史数据的应用和分析，设计了三种网络发布方法，包括地图发布、数据库发布和水位变化趋势图。
（1）。图释：网上电子地图中引入RWMs显示详细地点，
描述，并通过在地图中添加标签的最大/最小的水位。中国地图将默认的地图，但地图可以通过修订量表和网站定制在后台配置文件。
（2）。数据库查询：从RWMs的数据保存为指定的数据格式在指定数据库。通过数据库开发实现实时数据库查询，如网站查询、时间查询和匹配查询。
（3）。水位变化趋势图：水位变化趋势图的指定地点可以
被抽中的RWMs通过站点和时间段的选择。用户可以按照水位
趋势，通过指定最后一次作为收集时间的最后一块数据。
2.6。为应用量身定制RWMs
在RWMs，软件和硬件的可扩展性以满足用户的功能要求。在河北省衢州市连续监测地下水水位的计划中，中国的监测频率与天气预报相结合的系统设计。这个在强降雨的情况下，该系统的监测频率将自动增加。这样的工作由数据中心和数据释放模块进行。
2.7。通信描述
一个2.4G的无线收发模块的Ad Hoc网络或中国移动的GPRS／GSM模块
GPRS网络可用于基站的无线通信模块。后者有
开始，查询数据库，获取地址，连接网络服务器，查询是否通过查询信息
判断是否，改变、收集、频率、结束、是、否。在这段时间中，独立的研究和设计模块不仅降低了成本，而且在用户定义的通信数据格式中大大减少通信费用。这个后台服务器程序使系统更强大，更适合专业化的应用。
3、系统实现
鄱阳湖RWMs位于江西省横山的浅滩，这个站点的坐标是29°16 6.9“N，116°07 13.0”稷山滩的大吉山山环绕，xiaojishan山和中坝。测量3.5公里，从南到北，从东到西2.5公里，覆盖高植物如莎草、艾蒿和周期性淹没每年五月和九月之间，形成典型的湿地生态系统。
RWMs的采样间隔被设置成一个小时，为了快速获取水位数据。可实现地图发布、数据库发布和水位变化趋势图的发布。
4、结果
4.1。时间延时
RWMs的时间延时包括网络延迟、数据采集时延和平均数据处理延迟。在从几十毫秒到几百毫秒的TCP / IP的传输模式的改变的GPRS网络延迟。如果数据采集的时钟频率为数据收集的时钟频率为4ms，则可能会延迟到数百毫秒。
以上。RWMs延迟采用平均值的采样数据为500毫秒以下，测量值不受任何意外的外界干扰的影响，比如风力、气压压力，水，这可能会导致水下压力的变化。最大延迟系统约1秒。
4.2。精度
RWMs收集的数据通过12位A/D采用过采样的方法，从而提高了
通过提高ADC的数字14通过程序系统的精度。当范围该传感器是L（0 ~ 15米在这个系统），输出电流的范围为A1–A2（4 ~ 20mA在这系统）。假定ADC位
剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[147615]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
以上是毕业论文外文翻译，课题毕业论文、任务书、文献综述、开题报告、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找。
