无线地下磁感应通信系统研究与实现

无线磁感应通信通过准静态磁场耦合的方式实现数据传输,可以克服传统电磁波无线通信在地下环境中信道不稳定、天线尺寸大等问题,更适用于无线地下传感器网络。针对无线地下传感网络的应用需求,本文建立了基于收发线圈的磁感应耦合式无线通信模型,分析了发射磁场的分布特点,设计了无线地下磁感应通信系统,搭建了实验测试平台。实验结果表明,该系统在地下环境中可以实现短距离的无线数据传输,通过增大收发线圈的半径和增加匝数可以延长通信距离,改善系统通信性能,为无线地下传感网络的应用提供参考。

无线超声传感器网络在开关柜局部放电中的在线监测研究

开关柜局部放电是引起开关柜绝缘老化导致电力事故发生的重要因素。结合腰站变电站工程,将3只超声波传感器安装在35kV开关柜与电缆沟的接头处,对开关柜局部放电进行在线检测。局部放电现象的发生会伴随声的物理变化过程,根据超声波特征量和局部放电的定量与定性关系便能检测和诊断开关柜绝缘状况。监测数据表明：超声波传感器数值范围为204~422mV。数据的曲线走势一定程度上反映开关柜局部放电的变化,为进一步的电力故障预报提供了有效的支持。

基于ZigBee无线传输的果园机车防撞防倾翻预警系统

为了准确对果园机车碰撞倾翻进行预警,确保果园机车的安全行驶,该文设计了一套基于ZigBee无线传输方式的防撞防倾翻预报警系统。该系统以CC2530单片机为核心搭建ZigBee网络,终端节点连接超声波传感器模块和轮辐式压力传感器,通过网络将数据发给协调器,协调器通过RS232串口将数据传送至电脑,得到的数据与临界值进行比较后判断是否报警。无线数据传输准确性试验表明,当横向载荷转移率(lateral load transfer ratio,LTR)达到0.9时,报警装置实现报警,有效防止机车倾翻;超声波传感器能检测到2 m以内的障碍物,且测量值与真实值之间的误差不大于0.01 m,满足对避障的要求;压力传感器检测数据为0.03%F·S,符合压力传感器精度范围(±0.05%F·S),精度满足对果园机车车轮压力检测的要求。果园机车防撞防倾翻预警系统的实现,对于果园安全生产有着重大的意义。

无线地下传感器网络节点放置算法

为解决在土壤环境中传感器信号的衰减作用影响传感器网络性能的问题,对地下土壤环境中电磁波的衰减情况进行分析并建模,提出一种新的用于地下传感器网络的、基于网格模型的三维节点放置算法MCC3D(Max Coverage Connectivity 3 Dimension)。简要讨论了天气和季节变化对土壤中信号衰减情况的影响以及可行的解决措施。该算法使用尽可能少的传感器达到预定的覆盖率要求,并同时保持最优的网络连接性能。仿真结果证明,该算法可达到预定目的。与随机节点放置算法相比,其覆盖性能和连接性能均大大提高,在满足预定覆盖率门限的要求下,使用的传感器数目可减少约33%。同时。

基于无线传感器网络的超声波定位节点设计

针对目前无线传感器网络中节点定位实验中精确度不高的问题,提出了一种定位系统中超声波六元阵列传感器节点的硬件设计方案,主要利用超声波在空气中传输的物理特性,采用40 k Hz超声波来设计系统节点的硬件结构和收发传感器阵列及节点微控制器,通过对传感器节点硬件平台的测距实验结果表明,节点间最远测距距离达到了20 m,样本平均测距误差为5.2 cm,其中最小测距误差为2.6 cm,最大测距误差为7.5 cm,满足系统关于远距离测量和cm级误差的高精度测距要求。

基于超声波六元阵列测距的WSN节点定位技术研究

基于超声波测距的定位技术以其精度高、范围广和性能稳定等优点,在无线传感器网络中广泛应用。为了实现较大范围的高精度定位,利用自主实现的超声波六元传感器阵列进行TDOA测距,并进行测距误差分析,然后采用基于测地距离的多维定标算法(Geodesic Distance MDS)进行无线传感器网络节点定位。在MATLAB平台下与Cricket采用的迭代式三边定位和AHLoS采用的多点定位算法进行对比仿真实验,结果表明Geodesic Distance MDS算法在不同网络规模和测距误差条件下均能够获得更高的定位精度和较小的定位误差。

基于超声波六元阵列TDOA测距的WSN定位系统设计与实现

基于超声波测距的定位技术以其精度高、范围广和性能稳定等优点,在无线传感器网络中广泛应用。为了实现较大范围的高精度定位,采用TDOA的测距技术设计了满足远距离测量和二维全向测距的六元超声波传感器阵列系统,实现了无锚节点的无线传感器网络中节点的高精度定位和实时监控。测距实验结果表明,该系统的测量距离最远为16 m,平均测距误差为0.14%;定位实验结果表明,10个节点可以在3 min内完成全部组网和定位,平均定位误差约为23.74 cm。

一种预约式智能停车场及其LEACH路由算法改进

通过超声波传感器实现对停车位上车辆有无检测,利用手机App来实时查询和预约停车位以及在线支付功能,提出了一种以超声波传感技术和无线传感网络技术,以及移动互联网络技术相结合的预约式智能停车场的控制与管理技术方案.在构建停车场无线传感网络过程中,基于某个特定的场景,提出了基于LEACH的簇树网络的路由算法改进方法,Matlab模拟实验表明,改进后的算法对节点能耗有很大减少,延长了停车场无线传感网络的生命周期,从而实现整个预约式智能停车场系统的有效管理.

基于无线传感器网络的自适应交通灯控制系统

分析了现有信号灯控制系统的优缺点,提出了一种基于无线传感器网络的交通灯控制系统设计方案,利用敷设在路面上的携带超声波收发模块的传感器节点探测各方向车道上车流量,并根据车流量实时改变相应车道车辆放行时间,以提高道路利用率,减少拥堵现象。本系统可准确地获得车流量统计信息。对信号灯调度过程进行了建模分析,提出了自适应的调度算法,仿真实验结果表明,该算法能降低车辆平均等待时间,提高通行效率。

WSN节点超声波测距技术研究

节点间测距是无线传感器网络中基于距离的定位算法的关键技术之一,为了降低节点成本,提高测距精度,提出了采用超声波非反射式测距技术实现WSN节点的测距。采用实验室自制的超声波收发模块与JN5148开发板作为硬件平台,在实验室与教学楼走廊进行了测距实验。实验结果表明,该测距系统可以达到较高的测距精度,能够为无线传感器网络的定位提供可靠的距离信息。

一种停车位传感控制器设计

提出了一种停车位传感控制器.应用超声波反射原理,设计了超声波传感器发射电路和接收电路,实现了车辆有或无的检测;采用步进电机驱动作为车位锁的核心部件,应用了步进电机的驱动电路,实现了车位锁的开启与闭合控制.实验结果表明,停车位传感控制器能够自动检测停车位中有无车辆,能够顺利控制车位锁的开闭.

井下无线风速监测网络的设计

针对目前矿井风速监测系统存在的检测盲区和传输线路易遭损坏的问题,提出了基于Zigbee技术的井下无线风速监测网络。设计了网络中各类节点的硬件电路,根据矿井巷道的狭长特点,选用了层次型拓扑结构和链簇路由算法,并给出了软件实现流程。实验结果表明,该无线风速监测网络测量误差小、传输可靠,可以和现有的有线网络无缝融合,实现了井下风速监测的全覆盖。

基于超声波检测的传感器网络定位测距系统

为了实现无线传感器网络节点内部、节点与节点之间有效的通信,根据定位网络的应用需求以及数据命令的用途,制定了节点消息格式、消息类型和消息内容,明确了消息的具体走向,确定了节点的应用层框架结构。其中,Sink节点主要负责监控网络的建立、上位机命令的分析处理和操作、数据的收集等任务,是整个网络的数据存储和处理中心,在上位机和监控网络之间起到桥梁的作用;每个节点由无线数据传输模块和主控DSP模块组成,同一节点的两个模块之间通过UART总线进行通信,节点之间通过无线RF射频方式进行通信;Sink节点与上位机使用UART总线进行通信,通过超声波相关定位测距的算法来对网络节点的定位测距性能进行实验分析。定位测距实验结果表明,构建系统的节点可测得最远距离为19 m,平均定位测距误差为3.6 cm,最大定位测距误差为17.2 cm,相对定位测距误差范围为0%~0.91%。

基于TOA无锚定位算法的无线传感器节点硬件平台研究

提出了一种利用超声波测距的改进型TOA无锚定位算法,针对该算法,设计了一款以微控制器C8051F020和SoC CC2430为核心的无线传感器节点硬件平台。

物联网在智能停车场管理系统的应用

基于RFID、无线传感网络、超声波传感器等相关物联网技术提出了智能停车场管理系统模型,通过对车辆入场、入车位、出车位和出场的全流程描述,介绍车位预订、车位引导、停车位测控、出场管理等功能的实际应用。

增强型超声波周向旋转扫描节点参数优化

无线传感器网络(WSN)节点具有的全向感知能力决定了网络覆盖性能,故先对增强型超声波传感器的尺寸和外形进行了优化仿真。仿真结果表明:优化后的号筒对超声波发射声场的指向性提升较为明显,在中心轴线上辐射的声压比普通传感器大3.5倍。然后利用增强型超声波传感器设计了单发单收超声波旋转扫描系统,建立了针对超声波测距的最高扫描转速模型,确定了扫描转速与超声波脉冲频率的匹配关系,并分析了该系统的目标捕获率。计算结果表明:超声波旋转扫描系统在具有较好匹配度的情况下,最高转速为215r/min,可捕获速度低于64.5km/h的目标。

能够克服局部NLOS影响的自主移动节点定位方法

针对非视距(NLOS)对无线传感器网络节点定位的影响,提出一种适用于非视距影响严重的低速自主移动节点的定位方法.利用自主移动节点的速度和方向2个运动信息实现节点的初步定位,再利用未受非视距影响的信标节点发送的精确坐标与超声波测距信息经过比例运算得到精确的移动节点位置信息.仿真结果表明,该方法能够克服局部的非视距影响,具有定位精度高、计算工作量少等特点,适用于具有运动感知能力和硬件资源有限的低速移动节点定位.

用于周界入侵报警的红外—超声波无线传感器网络节点设计

为了提高周界入侵探测的网络化、自动化水平,有效覆盖传统入侵探测的监控盲区,将无线传感器网络(WSNs)技术应用于周界入侵报警,设计了一种红外—超声波联合周界入侵报警节点和报警软件。节点采用热释电红外传感器与超声波传感器相结合的方式组成前端探测模块,并基于GAINz平台设计实现了无线通信和数字处理单元。通过实验室测试,传感器节点能够成功进行周界入侵报警,并有效消除误差,解决了单一传感器因自身缺陷而出现的漏报误报问题。

基于ZigBee和TDC-GP2的分布式流量监测系统设计

针对复杂区域内多个小口径、低流速管道进行流量监测的现实需要,结合低能耗和高精度的设计思想,提出一种结合无线传感网络和时差法超声波流量测量的方法,并详细介绍了软硬件设计。设计采用CC2530为控制核心,组成ZigBee无线传感网络,终端设备控制TDC-GP2芯片实现高精度的传输时差测量,协调器设备接收各个终端的测量数据,并通过串口上传给工控机平台进行处理显示和存储。测试结果表明系统可以实现多通道的长时间连续稳定流量监测,测量精度高,具有一定的推广价值。

基于超声波和TDOA的无线传感器网络高精度定位方法

提出了基于超声波与射频信号到达时间差(Time Difference of Arrival,TDOA)的无线传感器网络节点定位方法。采用基于簇的分层网络拓扑结构,使用信标节点作为簇头,设计实现了动态簇头自动选取算法,提高了定位算法的快速响应性,并通过误差补偿和软件鲁棒性设计,提高了系统的定位精度。基于AVR单片机和CC1100射频芯片完成了无线传感器网络中移动节点、信标节点和汇聚节点的硬件设计与实现。实验数据表明本文设计的无线传感器网络定位系统的定位精度在30cm之内,并且定位算法具有较好的时间响应性,移动节点的最大速度可以达到11.5m/s。