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基于無線傳感器網絡技術的鎢礦監測系統設計與研究 版權信息
- ISBN：9787121261220
- 條形碼：9787121261220 ; 978-7-121-26122-0
- 裝幀：平塑
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
基于無線傳感器網絡技術的鎢礦監測系統設計與研究 內容簡介
本書重點論述了無線傳感器網絡技術在鎢礦中的應用。結合鎢礦開采的特點，設計了一種鎢礦監測系統，用來監測鎢礦井下環境及作業人員，可以提高生產效率和開采安全性。主要通過研究數據融合算法和LEACH協議，延長網絡壽命；仿真UWB信號井下傳輸，指導進行節點布局；通過上位機編程實現監測功能。該系統性能穩定，可靠性高，對于提升鎢礦開采的安全性和效率有明顯效果。本書內容深入淺出、概念清晰明了、閱讀流暢，理論和實際應用相結合，是一本比較全面、系統、深入介紹無線傳感器網絡的著作。
基于無線傳感器網絡技術的鎢礦監測系統設計與研究 目錄
目錄
第1章 鎢礦無線傳感器網絡技術應用緒論 1
1.1 課題的研究背景及意義 1
1.1.1 課題背景 1
1.1.2 無線傳感器網絡技術的發展 5
1.1.3 學術價值及對社會、經濟發展和科技進步的意義 8
1.2 國內外研究現狀及發展動態分析 9
1.2.1 WSN國外研究現狀 9
1.2.2 國內研究現狀 13
1.2.3 基于無線傳感器網絡的安全監測預警系統的研究現狀 19
1.2.4 發展動態分析 21
1.3 影響鎢礦安全運行的危險因素及其災害形式 23
1.4 預期結果和意義 24
1.5 研究內容 26
1.6 各章結構安排 27
第2章 數據融合技術在無線傳感器網絡中的應用研究 28
2.1 無線傳感器網絡數據融合技術基本理論 28
2.1.1 數據融合概念和作用 28
2.1.2 數據融合分類 30
2.1.3 數據融合相關技術 31
2.1.4 數據融合在無線傳感器網絡中的應用 31
2.1.5 數據融合技術的負面影響 33
2.2 無線傳感器網絡路由協議 34
2.2.1 路由協議概述 34
2.2.2 WSN路由協議的特點 35
2.2.3 路由協議關鍵技術問題 36
2.2.4 路由協議的分類 36
2.2.5 典型路由協議分析 38
2.3 數據融合結構模型 40
2.4 低層次數據融合算法 42
2.4.1 數據預處理 42
2.4.2 順序加權數據融合算法 44
2.4.3 算法仿真分析 45
2.4.4 實例仿真結果對比分析 47
2.5 高層次數據融合算法 48
2.5.1 BP神經網絡的基本原理 49
2.5.2 BP神經網絡關鍵問題分析 51
2.5.3 BP神經網絡數據融合模型 56
2.5.4 仿真結果分析 57
2.6 數據融合算法對網絡能耗的影響 60
2.7 本章小結 61
第3章 LEACH路由協議的研究與改進 62
3.1 LEACH協議網絡、能耗模型 63
3.1.1 LEACH協議概述 63
3.1.2 LEACH協議網絡模型 64
3.1.3 LEACH協議能耗模型 64
3.2 LEACH協議算法描述 65
3.3 LEACH協議的優點以及存在的不足 68
3.4 LEACH協議的改進 70
3.4.1 節點個數 70
3.4.2 節點能量的選擇 72
3.4.3 簇頭節點的選擇 73
3.5 協議的仿真與分析 76
3.5.1 仿真環境與參數 76
3.5.2 網絡性能評估 77
3.5.3 仿真結果與分析 79
3.6 本章小結 86
第4章 超寬帶無線傳感器網絡在礦井中的仿真研究 87
4.1 超寬帶技術簡介 87
4.1.1 UWB定義 87
4.1.2 UWB無線傳輸系統 89
4.1.3 UWB信號調制技術 90
4.2 WSN的基本概念 94
4.3 UWB無線傳感器網絡技術 96
4.3.1 UWB無線傳感器網絡的系統基本結構 96
4.3.2 UWB無線傳感器網絡的優點 97
4.4 UWB無線傳感器網絡支撐的關鍵技術 98
4.4.1 UWB無線傳感器網絡的MAC協議 98
4.4.2 UWB無線傳感器網絡的路由技術 100
4.5 礦井超寬帶無線傳感器網絡的系統方案設計 101
4.6 礦井超寬帶無線傳感器網絡脈沖波形的研究 103
4.6.1 礦井UWB通信系統方案的確立 103
4.6.2 UWB系統脈沖信號波形的研究 104
4.6.3 傳輸距離與脈沖信號數據傳輸速率及發射功率的關系 109
4.6.4 適合礦井UWB通信系統單脈沖波形 113
4.7 礦井超寬帶無線傳感器網絡的路徑損耗模型 114
4.7.1 鎢礦礦井環境描述 115
4.7.2 礦井下電磁波的傳播方式 116
4.7.3 礦井巷道中電磁波傳輸的固有損耗 117
4.7.4 礦井巷道中電磁波傳輸的附加損耗 121
4.7.5 礦井UWB的路徑損耗模型 124
4.8 礦井超寬帶無線傳感器網絡節點收發信機的研究 130
4.8.1 脈沖UWB發射機的設計 130
4.8.2 脈沖UWB接收機設計 135
4.8.3 電路仿真與結果分析 139
4.9 礦井UWB天線的設計 140
4.9.1 UWB天線設計要求 140
4.9.2 礦井UWB微帶貼片天線結構設計 141
4.9.3 礦井UWB微帶貼片天線性能分析 142
4.9.4 脈沖超寬帶系統模型 145
4.10 本章小結 146
第5章 鎢礦監測系統方案設計 148
5.1 監測系統總體架構設計 148
5.2 底層數據采集系統 151
5.2.1 浸潤線監測 151
5.2.2 庫水位監測 153
5.2.3 壩體位移監測 154
5.2.4 溫濕度監測 155
5.2.5 監測點分布 156
5.2.6 礦區防雷設計 157
5.3 Zigbee傳輸網絡拓撲結構 158
5.4 上位機管理系統設計 160
5.5 簇樹型Zigbee組網路由算法的改進 161
5.5.1 Cluster-Tree路由算法研究 161
5.5.2 Cluster-Tree路由算法的改進與仿真分析 164
5.6 安全監測預警硬件系統設計 175
5.6.1 無線通信模塊與信號調理電路設計 175
5.6.2 終端節點及協調器節點外圍電路設計 182
5.7 軟件系統設計思想 189
5.7.1 傳感器節點軟件設計 190
5.7.2 通信程序設計 196
5.7.3 上位機管理系統設計 199
5.7.4 系統整體測試 213
5.8 本章小結 217
第6章 總結與展望 219
6.1 總結 219
6.2 展望 222
參考文獻 225
第1章 鎢礦無線傳感器網絡技術應用緒論 1
1.1 課題的研究背景及意義 1
1.1.1 課題背景 1
1.1.2 無線傳感器網絡技術的發展 5
1.1.3 學術價值及對社會、經濟發展和科技進步的意義 8
1.2 國內外研究現狀及發展動態分析 9
1.2.1 WSN國外研究現狀 9
1.2.2 國內研究現狀 13
1.2.3 基于無線傳感器網絡的安全監測預警系統的研究現狀 19
1.2.4 發展動態分析 21
1.3 影響鎢礦安全運行的危險因素及其災害形式 23
1.4 預期結果和意義 24
1.5 研究內容 26
1.6 各章結構安排 27
第2章 數據融合技術在無線傳感器網絡中的應用研究 28
2.1 無線傳感器網絡數據融合技術基本理論 28
2.1.1 數據融合概念和作用 28
2.1.2 數據融合分類 30
2.1.3 數據融合相關技術 31
2.1.4 數據融合在無線傳感器網絡中的應用 31
2.1.5 數據融合技術的負面影響 33
2.2 無線傳感器網絡路由協議 34
2.2.1 路由協議概述 34
2.2.2 WSN路由協議的特點 35
2.2.3 路由協議關鍵技術問題 36
2.2.4 路由協議的分類 36
2.2.5 典型路由協議分析 38
2.3 數據融合結構模型 40
2.4 低層次數據融合算法 42
2.4.1 數據預處理 42
2.4.2 順序加權數據融合算法 44
2.4.3 算法仿真分析 45
2.4.4 實例仿真結果對比分析 47
2.5 高層次數據融合算法 48
2.5.1 BP神經網絡的基本原理 49
2.5.2 BP神經網絡關鍵問題分析 51
2.5.3 BP神經網絡數據融合模型 56
2.5.4 仿真結果分析 57
2.6 數據融合算法對網絡能耗的影響 60
2.7 本章小結 61
第3章 LEACH路由協議的研究與改進 62
3.1 LEACH協議網絡、能耗模型 63
3.1.1 LEACH協議概述 63
3.1.2 LEACH協議網絡模型 64
3.1.3 LEACH協議能耗模型 64
3.2 LEACH協議算法描述 65
3.3 LEACH協議的優點以及存在的不足 68
3.4 LEACH協議的改進 70
3.4.1 節點個數 70
3.4.2 節點能量的選擇 72
3.4.3 簇頭節點的選擇 73
3.5 協議的仿真與分析 76
3.5.1 仿真環境與參數 76
3.5.2 網絡性能評估 77
3.5.3 仿真結果與分析 79
3.6 本章小結 86
第4章 超寬帶無線傳感器網絡在礦井中的仿真研究 87
4.1 超寬帶技術簡介 87
4.1.1 UWB定義 87
4.1.2 UWB無線傳輸系統 89
4.1.3 UWB信號調制技術 90
4.2 WSN的基本概念 94
4.3 UWB無線傳感器網絡技術 96
4.3.1 UWB無線傳感器網絡的系統基本結構 96
4.3.2 UWB無線傳感器網絡的優點 97
4.4 UWB無線傳感器網絡支撐的關鍵技術 98
4.4.1 UWB無線傳感器網絡的MAC協議 98
4.4.2 UWB無線傳感器網絡的路由技術 100
4.5 礦井超寬帶無線傳感器網絡的系統方案設計 101
4.6 礦井超寬帶無線傳感器網絡脈沖波形的研究 103
4.6.1 礦井UWB通信系統方案的確立 103
4.6.2 UWB系統脈沖信號波形的研究 104
4.6.3 傳輸距離與脈沖信號數據傳輸速率及發射功率的關系 109
4.6.4 適合礦井UWB通信系統單脈沖波形 113
4.7 礦井超寬帶無線傳感器網絡的路徑損耗模型 114
4.7.1 鎢礦礦井環境描述 115
4.7.2 礦井下電磁波的傳播方式 116
4.7.3 礦井巷道中電磁波傳輸的固有損耗 117
4.7.4 礦井巷道中電磁波傳輸的附加損耗 121
4.7.5 礦井UWB的路徑損耗模型 124
4.8 礦井超寬帶無線傳感器網絡節點收發信機的研究 130
4.8.1 脈沖UWB發射機的設計 130
4.8.2 脈沖UWB接收機設計 135
4.8.3 電路仿真與結果分析 139
4.9 礦井UWB天線的設計 140
4.9.1 UWB天線設計要求 140
4.9.2 礦井UWB微帶貼片天線結構設計 141
4.9.3 礦井UWB微帶貼片天線性能分析 142
4.9.4 脈沖超寬帶系統模型 145
4.10 本章小結 146
第5章 鎢礦監測系統方案設計 148
5.1 監測系統總體架構設計 148
5.2 底層數據采集系統 151
5.2.1 浸潤線監測 151
5.2.2 庫水位監測 153
5.2.3 壩體位移監測 154
5.2.4 溫濕度監測 155
5.2.5 監測點分布 156
5.2.6 礦區防雷設計 157
5.3 Zigbee傳輸網絡拓撲結構 158
5.4 上位機管理系統設計 160
5.5 簇樹型Zigbee組網路由算法的改進 161
5.5.1 Cluster-Tree路由算法研究 161
5.5.2 Cluster-Tree路由算法的改進與仿真分析 164
5.6 安全監測預警硬件系統設計 175
5.6.1 無線通信模塊與信號調理電路設計 175
5.6.2 終端節點及協調器節點外圍電路設計 182
5.7 軟件系統設計思想 189
5.7.1 傳感器節點軟件設計 190
5.7.2 通信程序設計 196
5.7.3 上位機管理系統設計 199
5.7.4 系統整體測試 213
5.8 本章小結 217
第6章 總結與展望 219
6.1 總結 219
6.2 展望 222
參考文獻 225
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基于無線傳感器網絡技術的鎢礦監測系統設計與研究 作者簡介
2002.09-2006.07 吉林大學 電氣工程及其自動化 獲學士學位2006.09-2008.06 吉林大學 測試計量技術及儀器 獲碩士學位2008.09-2011.06 吉林大學 測試計量技術及儀器 獲博士學位2012.03-2014.06 中國科學院自動化研究所 博士后2011.06---至今 江西理工大學機電工程學院 測控技術教研室
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