基于物联网的船舶气囊群压力监测系统的研究与开发

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1、广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于物联网的船舶气囊群压力监测系统的研究与开发肖鹏二○一八年五月分类号：学校代号：11845UDC：密级：学号：2111501149广东工业大学硕士学位论文（工学硕士）基于物联网的船舶气囊群压力监测系统的研究与开发肖鹏指导教师姓名、职称：陈健教授学科(专业)或领域名称：仪器科学与技术学生所属学院：机电工程学院论文答辩日期：2018年5月ADissertationSubmittedtoGuangdongUniversityofTechnologyfortheDegreeofMaster(MasterofEng

2、ineeringScience)TheResearchandDevelopmentofAirbagsGroupPressureMonitoringSystemBasedonInternetofThingsMasterCandidate:XiaoPengSupervisor:Prof.ChenJianMay2018SchoolofElectromechanicalEngineeringGuangdongUniversityofTechnologyGuangzhou,Guangdong,P.R.China,510006摘要摘要利用气囊滚动完成船舶

3、下(上)水是我国自主研发的一项技术。施工过程中，实时监测气囊气压对施工的顺利、安全进行具有重要意义。传统方法采用人工检查机械式气压表，此法的数据读取实时性差，施工过程安全性低，人工成本高。本文设计并实现了一种基于物联网技术的气压监测系统，通过在气囊群中部署气压采集节点，利用ZigBee技术将气囊群的气压数据汇聚到ZigBee协调器上，之后利用Wi-Fi技术和以太网技术，以MQTT协议的形式将数据上传至云服务器。施工人员可通过计算机或智能手机访问云服务器，实时地查看气囊压力情况，从而解决了人工查看机械式气压表存在的主要问题。本系统的设计过程中，

4、采用当前流行的物联网三层架构模型作为指导，首先定义好系统的整体架构，之后从感知层、传输层和应用层分别对系统的硬件、软件进行设计及实现。其中硬件平台主要包括感知层中基于CC2530芯片的传感网络的设计和传输层中基于CC3200芯片的网关设计。软件平台主要包括基于Z-Stack协议栈的ZigBee终端节点，ZigBee路由器，ZigBee协调器的软件设计，基于FreeRTOS操作系统的网关程序设计，以及基于开源软件Mosquitto的CloudMQTT服务器的开发应用。本论文的主要工作包括如下几个方面：（1）阐述课题的研究背景与意义，对当前国内外

5、的传感器监测技术，物联网发展现状以及物联网中常用的短距离，长距离通信技术做了介绍。通过对比之前的系统，阐述本次设计的主要创新点。（2）介绍系统设计中使用到关键技术，主要包括物联网技术，ZigBee技术，MQTT技术，以及物联网操作系统。（3）选定系统设计的总体架构。对可采用的技术方案进行分析和对比后，选定ZigBee传感网技术+Wi-Fi技术+以太网技术的数据传输路线，应用层采用MQTT协议的方案。并在协议选定之后，就部分硬件的选型作出说明。（4）阐述基于CC2530芯片的感知层设备设计和基于CC3200芯片的网关设备设计。（5）阐述基于Z-

6、Stack协议栈的气压采集节点软件设计、基于FreeRTOS操作I广东工业大学硕士学位论文系统的网关任务设计以及基于Mosquitto软件的CloudMQTT服务器的应用。（6）针对搭建完成的系统做单元和整体测试，并对测试结果进行分析。（7）最后就本次系统设计做出总结，将设计过程中存在的问题以及未来的主要工作做展望。关键词：物联网，气压监测，CC3200，ZigBee，MQTTIIABSTRACTABSTRACTTheuseofairbagstorollthevesseldownandupthewaterisaself-developedte

7、chnologyinChina.Intheprocessofconstruction,thereal-timemonitoringofairbagpressureisofgreatsignificancetothesmoothandsafeconstruction.Thetraditionalmethodusesmanualinspectionofmechanicalbarometer.Thedatareadinthismethodhaspoorreal-timeperformance,lowsafetyduringconstructiona

8、ndhighlaborcost.Inthispaper,anairpressuremonitoringsystembasedonInternetofThingste