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本文通过对无线传感网络的发展现状及趋势以及水环境监测特点的研究,将无线传感网络技术应用到水环境监测中,提出了基于WSN的水环境监测基站的设计。基站采用双芯片控制设计方案,硬件方面,该方案增强了其稳定性,同时降低了硬件设计和软件设计的复杂度;在数据传输方面,通过对LEACH能量控制算法的改进,该改进算法合理分配簇头及取消频繁分簇,降低了整体网络的能耗,并通过多跳路由方式进行数据传输,提高网络的健壮性。
本文设计的水环境监测基站是基于“MC13211和MC56F8257”的双芯片控制方案,通过软件编程实现基站对节点的网络控制,收集节点水质参数(PH值、温度和盐度),并通过GPRS网络发送至用户终端实现对整个网络水环境的实时监测。本文主要完成以下工作:根据监测基站设计要求,确定基站设计方案;详细阐述基站三大功能模块(基站与节点间无线通信模块、基站与用户终端无线通信模块和基站主控制模块)的电路原理图设计及其软件构件的设计流程。结合基站实际水环境应用条件,对LEACH协议和能量控制协议进行了改进,详细阐述改进协议设计流程,并通过计算机仿真软件对算法进行了仿真比较。在监测基站软硬件平台上,对监测基站的节点数据收集、无线通信和整体性能进行了测试。
通过对测试结果分析,基站可完成水质参数的收集与转发以及完成无线通信的功能,达到了预期的设计要求。