太阳能无线数据采集系统设计与研究

【摘要】：水情监测在工农业生产中有非常重要的作用。它为水利部门提供大量的数据,在防汛抗旱中发挥重要工作。目前的水情监测系统大多采用电线供电、电话拨号的方式实现水情监测。因为水情监测点分布范围广且分散、数量众多,所以有很多的监测点都不满足铺设供电线路的条件。因此,迫切的需要一种无需铺设供电线路、传输速率高且可靠的远程数据采集系统。 本文设计的太阳能无线数据采集系统是一种以太阳能电池为能源、GPRS技术为传输方式的远程数据采集系统。该系统不需要铺设供电线路和网络线路,因此有很强的扩展性。由于使用GPRS作为数据传输方式,该系统具有传输速率高、传输可靠的特点。 本文在阅读大量国内外文献的基础上,总结远程数据采集技术的发展现状和未来趋势。结合太阳能供电技术和GPRS技术在数据采集中的优势,本文提出以太阳能电池为电源、GPRS技术为数据传输方式的太阳能无线数据采集系统的设计思路。 以河道水位监测为目的,本文详细分析系统的功能需求。在理解GPRS数据传输原理的基础上,分析对比4种组网方案的优缺点,并根据本系统应用的要求选择最优的组网方式。本设计采用“模块+集成”的方法,将数据采集终端分成太阳能供电、无线通信和数据采集三个不同的功能模块,并对每个模块单独设计和调试。 在研究铅酸蓄电池的电特性及其寿命影响因素的基础上,本文分析了多种常用充电电路的特性,并结合太阳能电池的特性和应用要求,设计出对蓄电池寿命影响最小的太阳能供电模块。在理解GPRS数据通信的基础上,本系统对PPP协议进行了裁剪,设计出可靠的UDP协议,并编写相关的软件实现数据传输功能。数据采集模块设计以高性能的ARM处理器为核心,具有格雷码信号和模拟信号采集功能,并对外提供一个简洁的人机界面。 最后,本文对样机系统的调试数据做了分析,并将该样机系统应用于河道水位监测系统。从运行的数据来看,本系统的设计是合理的,满足实际应用需要。 【关键词】：太阳能 GPRS 数据采集 PPP 水位监测
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP274.2
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-17
• 1.1 课题来源10-11
• 1.2 关键技术发展现状11-14
• 1.3 研究的目的和意义14-15
• 1.4 课题研究的主要内容15
• 1.5 本章小结15-17
• 2 系统总体设计17-23
• 2.1 系统功能分析17-18
• 2.2 系统总体架构设计18
• 2.3 系统网络架构研究18-21
• 2.3.1 GPRS 网络结构分析18-19
• 2.3.2 GPRS 组网方案研究19-21
• 2.4 数据采集终端结构设计21-22
• 2.5 本章小结22-23
• 3 太阳能供电模块设计23-34
• 3.1 太阳能供电模块的组成23
• 3.2 太阳能电池输出特性23-25
• 3.3 铅酸蓄电池充电控制研究25-28
• 3.4 太阳能充电控制电路设计28-32
• 3.4.1 充电电路总体设计28-29
• 3.4.2 电压比较电路设计29-30
• 3.4.3 电流比较电路设计30-31
• 3.4.4 负载控制电路设计31-32
• 3.5 电源调理电路设计32-33
• 3.6 本章小结33-34
• 4 无线通信模块设计34-46
• 4.1 无线通信模块硬件设计34-36
• 4.2 无线通信软件结构分析36-37
• 4.3 MC39i 驱动软件设计37-38
• 4.4 PPP 协议软件设计38-42
• 4.4.1 PPP 链路分析38-40
• 4.4.2 PPP 协议裁剪40-41
• 4.4.3 PPP 软件实现41-42
• 4.5 可靠UDP 软件设计42-45
• 4.5.1 本系统传输协议研究42-43
• 4.5.2 UDP 可靠性设计43-45
• 4.6 本章小结45-46
• 5 数据采集模块设计46-54
• 5.1 处理器外围电路设计46-47
• 5.2 数据采集设计47-50
• 5.2.1 数据采集电路设计47-49
• 5.2.2 数据采集软件实现49-50
• 5.3 人机界面设计50-52
• 5.3.1 人机界面硬件电路设计50-52
• 5.3.2 人机界面软件实现52
• 5.4 用户协议设计52-53
• 5.5 本章小结53-54
• 6 系统调试及应用54-63
• 6.1 无线通信模块调试54-57
• 6.1.1 AT 指令拨号数据分析54
• 6.1.2 PPP 协议数据分析54-56
• 6.1.3 上位机数据接收分析56-57
• 6.2 充电控制电路测试57-58
• 6.3 样机系统调试结果58-59
• 6.4 本系统在河道水位监测中的应用59-62
• 6.5 本章小结62-63
• 7 总结与展望63-65
• 7.1 本课题所作的工作63
• 7.2 展望63-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-70
• 附录70

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