无线传感器网络海洋环境监测系统

分类：计算机网络论文发表 时间：2021-01-28 10:09 关注：(1)

　　为满足海洋环境管理的需要，提出并开发了基于智能无线传感器网络的海洋环境监测系统，以配合海洋环境数据的监测和采集，加各种海洋气象灾害的时间处理、数值预报，各种海水指标的检测和控制。该系统包括无线网络、内置计算机技术、最新的网络技术，传感器的智能网络由相同或不同的传感器组成，大大提高了传感器的监测能力。仿真结果表明，该系统是有效和稳定的。

　　关键词：无线传感器；网络；海洋环境；监测系统；研究方案

　　我国海洋捕捞总体形势良好，但部分海域受到污染，生态环境遭到破坏，鱼类资源枯竭，渔业受到严重影响。因此，必须加强海洋环境的预测和保护，建立海洋环境监测和管理制度，并进行改进。现代海洋监视技术正朝着高度集成、多形式、智能化的网络方向发展。因为美国和法国可以在已开发的Argos系统上传输、接收和处理远程和稀缺的数据。狩猎。海洋遥感将卫星遥感与海洋抵制网结合起来，创造了一个现代的三维海洋监视系统。我国海洋监测与发达国家相比，还有较大差距。我国建立三维海洋监视系统，将为加快全球海域校准提供技术支持。本文中开发的监控系统主要收集以下信息和数据：用于快速连续监测的完整海洋环境及其水文气象背景参数，可用于实时数据处理和传输，以及信息测试系统的生产和推广。结合我国海洋环境特点，结合海洋气象的三维结构和海浪、风暴、海冰、海温、海盐等灾害的委员会尼诺数值预报等，对海水盐度、温度、深度、溶解度、氧还原度、pH值、叶绿素荧光等进行了研究，测定了云量、养分和重金属含量，并进行了管理。

　　1系统的工作原理及其结构

　　1.1结构

　　该系统主要由观测传感器网络、智能无线传感器网络和实时信息系统组成。子系统完成了监控数据的采集、传输和处理，完成了整个系统的数据处理、制作、发布等功能。图1显示了子系统的逻辑连接和功能实现。

　　1.2系统的工作原理

　　基于无线传感器组网技术，集成网络拓扑和低压技术，能耗高。大量的传感器注释被随机分配来监视该区域，海洋环境信息对微处理器的采集和处理通过无线通信模块发送50个中继网关节点。然后，对输入的有用数据进行处理后，通过专家研究将数据传送到主控中心，完成决策过程、预测等管理功能，这些数据可以在多个节点的处理过程中传播，每个节点在运行调整过程中相互配合，按照优先原则快速成立通信网络能源利用任务部门，获取监控区域的信息。

　　2监控传感器节点的硬件设计

　　传感器备注、数据采集模块、数据处理模块、数据传输模块和流量控制模块通常由八个模块组成。

　　2.1微处理器

　　MSP430是一款集成度高、功能丰富、功耗低的16位单片机，MSP430基于单片机语言的单片机编程支持，它非常适合内部系统。利用MSP430模块实现以下功能：无线控制带收发器的芯片，提供CC2420功能指导和两条明确的串行传输数据指令；实现传感器数据的采集与管理、加速度检测、温度检测，声、光强度局部数据处理：提取多余数据，减轻网络传输负担；安装和验证无线传输包；确定域内节点的维护功能；为节点电源管理设置适当的等待时间，可以节省能耗，延长节点寿命。

　　2.2无线模块

　　ZigBee技术是一种低生产率的工业无线通信模块，只有在外部设备有限的情况下，才能保证短距离通信的有效性和可靠性。支持250kbits的传输速度，保证多点到多点的快速连接。

　　2.3传感器模块

　　要监控的物理信号类型取决于信号类型。对系统数据和环境的适当要求是传感器的低能耗，主要有温湿度传递传感器（用于校准地面空气质量控制器上的数据）和空气质量传感器；建立了多种海洋环境预测系统，并初步整合了海洋环境信息。每个节点可连接不同的传感器，传感器的安装应灵活，以满足水下和水下监测点的要求。

　　2.4电源

　　它主要为传感器、微处理器和无线收发器提供能量。第一种可以使用3.6伏充电的锂离子电池来提高能源效率和利用率，实现小型化。1节电池自放电量较低，但标称容量较小，耐用性有限。如果可以用2节电池供电，可以长时间保持工作。

　　3智能无线传感器网络（WSN）的硬件设计

　　每个传感器节点采用分布式处理策略，在网络中通过聚合分析和处理收集信息，并对结果数据进行本地管理。计算的增加将在发送节点引导数据的数据之前交换数据流。经过一定的压缩后，网关节点是无线传感器网络与外部网络之间的通信站，负责发送ID地址分配等功能，如数据集成、仲裁请求和路由选择。接收节点是从无线适配器模块通信（通常是一个接收器）及其功能来设计的。节点由无线通信适配器（通常是汇聚点）和CDMA数据传输模块组成。

　　3.1无线接收单元

　　无线接收机和微处理器继续使用CC2420芯片和MSP430F149芯片将数据封装到MSP430F149集成模块中。采用双通道UART接收：数据。数字传感器接口可以通过端口直接连接到CDMA无线模块，初始化CDMA模块，实现收发功能的启动。同时，UART2也可以扩展为包括MAX232标准数据，用于字符串和其他嵌入式系统或PC的交换。

　　3.2远程控制单元

　　由于主控制中心和节点之间的距离，联网成本非常高。利用现有的CDMA网络平台，可以将数据和信息以透明的方式传送到远程控制中心进行决策。Ayg-93c嵌入式CDMA模块和51单片机系统，可靠性高。其主要特点是：双频开关覆盖面积大，保证通讯畅通；标准RS-232接口，数据终端随时在线；工业级表和抗干扰设计，嵌入式TCP/IP可以通过安装点来实现标准串行数据的实时传输接口和简化的软件接口，用户摆脱了乏味的标准CDMA协议。

　　4实时信息处理

　　实时信息处理子系统是对多个传感器的远程控制。参数监测与管理是一个分布式的无线传感器网络数据库系统。数据请求实际上可能取决于其地理位置；实时信息处理的任务是测量点的定义和显示、数据报告、曲线表示、图表生成、数据存储、误差统计和报告打印，与国际TCP/IP网络的LAN连接，为LAN终端提供实时通信和数据访问的协议；提供可视化和图形化显示，并对环境监测数据进行明确的分析和评价，为评价海洋环境质量和环境保护提供相关数据和信息，为管理提供技术支持。系统架构考虑了数据通信方式和现有的软硬件平台。海洋环境监测功能的复杂性和多样性要求系统及其软件的现代化和扩展。

　　5软件设计

　　传感器节点软件包括监控节点、网关节点、主机节点通信和数据库软件。MSP430节点和检测节点的系列微处理器软件支持编程。用MSP430编写的程序具有良好的可移植性。主控中心软件设计。主控中心的核心必须有主控中心的上位机，具有网络唤醒、数据处理、路由维护等功能。软件的主要功能是对软件进行前台分析。客户端软件分为控制、参数设置、综合统计和权限管理四个模块，客户端软件包括自动提醒功能模块。

　　6研究

　　基于almisp430的WLAN传感器网络监控系统在小型试验中表现出良好的稳定性，在特殊情况下，它可以记录监控、传输和处理信号。它所处网络中的节点数连接计算机无线CDMA接口模块作为控制中心，当监控节点从主网站启动时，与传感器节点相连。传感器节点启动后，进入待机状态，向中心发送地址查询，启动中断并发送消息。再次将数据发送到待机模式。网络时间由主机控制确保不发生访问冲突。

　　7结语

　　该系统包括无线传感器技术、嵌入式计算机技术、现代网络技术、无线通信技术和分布式智能通信技术。数据处理技术可以创建具有相同或不同属性的智能传感器网络。智能无线网络控制系统具有中电平、短时间、低成本的能源，无线网络，高频传输，低成本，可以使用多种能源，必要时节能；系统具有良好的可扩展性和轻微的改进，可扩展到测量系统中的多参数海洋阻力剖面测量。每个传感器都可以相互配合，实现一个数据传输，多个传感器具有很强的适应性支持。

　　参考文献：

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　　[4]王骥,林杰华,谢仕义.基于无线传感网络的环境监测系统[J].传感技术学报,2015,24(011):1732-1740.

　　作者：吴勇剑 刘晓飞 林森 苑克磊