基于无线传感器网络的分布式温度控制系统

目 录 1文献综述 ............................................................................................................................... 2 1.1 无线传感器网络相关技术 ...................................................................................... 2 1.1.1无线传感器网络特点 ..................................................................................... 2 1.1.2无线传感器网络体系结构 ............................................................................. 2 1.1.3无线传感器网络的特点 ................................................................................. 4 1.1.4无线传感器网络通信技术 ............................................................................. 5 1.2分布式协调控制系统 ................................................................................................ 7 1.2.1分布式控制系统的架构 ................................................................................. 7 1.2.2现场总线技术 ................................................................................................. 8 1.3空调控制系统 .......................................................................................................... 10 1.3.1变风量空调控制基本原理 ........................................................................... 10 1.3.2变风量空调控制基本方法 ........................................................................... 13 2课题背景及开展研究的意义 ............................................................................................ 14 2.1课题背景 .................................................................................................................. 14 2.2开展研究的意义 ...................................................................................................... 15 3研究内容、预期目标及研究方法.................................................................................... 16 3.1研究内容 .................................................................................................................. 16 3.1.1分布式温度传感器软硬件实现 .................................................................. 16 3.1.2变风量式空调系统的控制方法 .................................................................. 16 3.1.3多个空调的分布式控制 ............................................................................... 16 3.2预期目标 .................................................................................................................. 17 3.2.1开发出有效的控制算法并利用Fluent软件进行流体应用验证 ............ 17 北京科技大学硕士研究生选题报告 - - 1

3.2.2对整个系统软硬件进行实现并实际应用于工业场合 ............................. 17 3.3研究方法 .................................................................................................................. 18 3.3.1基于Zigbee的无线传感器网络通信 ......................................................... 18 3.3.2对非线性时滞空调系统的控制 .................................................................. 20 3.3.3基于CAN总线的分布式空调控制 ........................................................... 22 3.3.3利用协调编队思想实现多个空调的有效联合控制 ................................. 22 4进度安排 ............................................................................................................................. 25 参 考 文 献 .......................................................................................................................... 26 北京科技大学硕士研究生选题报告

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1文献综述 1.1 无线传感器网络相关技术 1.1.1无线传感器网络特点 近年来，随着微机电系统（Micro-Electro-Mechanism System，MEMS）、片上系统（SOC，System on Chip）、无线通信和低功耗嵌入式技术的飞速发展，孕育出无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN），并以其低功耗、低成本、分布式和自组织的特点带来了信息感知的一场变革[1]。 无线传感器网络是由大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳的方式构成的无线网络，以协作地感知、采集、处理和传输网络覆盖地理区域内被感知对象的信息，并最终把这些信息发送给网络的所有者。其特点是节点必须通过相互关联才能完成一定的任务，而单个节点则通常无法发挥作用，节点间的关联性是通过无线通信实现的，因而从本质上说，节点至少具有计算处理、无线通信、检测或控制能力。 强大的数据获取和处理能力使得其应用范围十分广泛，可以被应用于军事、防爆、救灾、环境、医疗、家居、工业等领域，因其广阔的应用前景而成为当今世界上备受关注的多学科高度交叉的热点研究领域[2-3]。它是继因特网之后，将对21世纪人类生活方式产生重大影响的IT技术之一。美国《技术评论》在预测未来技术发展的报告中，将无线传感器网络列为21 世纪改变世界的十大新兴技术之首[4]。由此可见，无线传感器网络的出现将会给人类社会带来巨大的变革。 1.1.2无线传感器网络体系结构 典型的无线传感器网络结构如图1 所示，传感器节点经多跳转发，再把传感信息送给用户使用，系统构架包括分布式无线传感器节点群、汇集节点、传输介质( Internet 或卫星通信) 和网络用户端。节点通过飞行器撒播、人工埋置或火箭弹射等方式任意散落在被监测区域内。传感网络是核心，在感知区域中，大量的节点以无线自组网( ad-hoc network) 方式进行通信，每个节点都可充当路由器的角色，并且每个节点都具备动态搜索、定位和恢复连接的能力，传感器节点将所探测到的有用信息通过初步的数据处北京科技大学硕士研究生选题报告 - - 3

理和信息融合之后传送给用户，数据传送的过程是通过相邻节点接力传送的方式传送回基站，然后通过基站以卫星信道或者有线网络连接的方式传送给最终用户[5]。

图1 无线传感器网络体系结构 节点是无线传感器网络的基本功能单元，典型的节点结构如图2 所示，主要包括数据采集模块( 传感器、A/D 转换器) 、数据处理和控制模块( 微处理器、存储器) 、无线通信模块( 无线收发器) 和供电模块( 电池、能量转换器) 这4 部分。数据采集模块负责监测区域内信息的采集和数据转换，传感器用于感知、获取外界的信息，被检测的物理信号决定了传感器的类型，A/D 转换器将物理信号转换为数字信号； 数据处理和控制模块负责控制整个传感器节点的操作，微处理器负责协调节点各部分的工作，通常选用嵌入式CPU； 数据传输模块负责与其他传感器节点进行无线通信，交换控制消息和收发采集数据。 供电模块为传感器节点提供正常工作所必需的能量。