水聲無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)與開發(fā).pdf

1、隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、產(chǎn)品以及標(biāo)準(zhǔn)的逐步成熟，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正在突破原始的應(yīng)用場(chǎng)景，即從普通陸地到環(huán)境更加惡劣的流程工業(yè)、礦山、井下、隧道、海洋深水等。這些應(yīng)用給傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和研究提出了新的難題，其中的一個(gè)應(yīng)用難點(diǎn)就是深遠(yuǎn)海環(huán)境監(jiān)測(cè)。將水下聲學(xué)傳感器網(wǎng)絡(luò)(UAWSN)應(yīng)用于海洋科學(xué)的研究對(duì)于海洋科學(xué)具有重大的意義。 然而，水下聲波信道存在著帶寬窄、頻率低、傳播速度慢的特點(diǎn)。這就使得水下無線傳感器網(wǎng)絡(luò)除了受到節(jié)點(diǎn)資源的限制以

2、外，還面臨著水下聲波信道傳輸延時(shí)大、鏈接能力差以及節(jié)點(diǎn)的移動(dòng)性等客觀條件的制約。所以相對(duì)于傳統(tǒng)的陸上傳感器網(wǎng)絡(luò)，在深遠(yuǎn)海實(shí)現(xiàn)無線聲波傳感器網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、定位和同步策略、可靠性、MAC協(xié)議、路由協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)安全等方面都面臨著很多新的挑戰(zhàn)。 本論文主要致力于水下聲學(xué)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的開發(fā)和調(diào)試。首先，根據(jù)水下聲學(xué)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)任務(wù)，本論文闡述了開發(fā)所涉及的關(guān)鍵技術(shù)，提出了水下聲學(xué)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

3、，并最終確定了采用基于FPGA的硬件開發(fā)平臺(tái)，利用SOPC技術(shù)進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)，以滿足高性能處理要求并達(dá)到高靈活性、可移植性、可裁剪的要求，既降低成本的目的。 接著，在水下聲學(xué)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，本論文提出了水下聲學(xué)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的設(shè)計(jì)方案。在詳細(xì)闡述了水下聲學(xué)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的水下傳感器節(jié)點(diǎn)和水上浮子節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)方案和主要功能模塊的電路設(shè)計(jì)之后，本論文詳細(xì)介紹了水聲發(fā)射機(jī)和水聲接收機(jī)的設(shè)計(jì)，并對(duì)水聲發(fā)射機(jī)