基于IoT-WSN的陶瓷生产车间环境监测系统设计与实现

作     者：魏欢歌 

作者单位：景德镇陶瓷大学 

学位级别：硕士

导师姓名：冯浩

授予年度：2020年

学科分类：080904[工学-电磁场与微波技术] 0810[工学-信息与通信工程] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 080402[工学-测试计量技术及仪器] 0804[工学-仪器科学与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 081001[工学-通信与信息系统] 0802[工学-机械工程] 

主      题：陶瓷生产车间 环境监测 云平台 ZigBee 模糊综合评价 

摘      要：无线传感器网络(Wireless Sensor Networks,WSN)是物联网(Internet of Things,Io T)关键技术之一,被广泛应用在环境监测领域。针对目前陶瓷生产车间环境监测系统存在的问题,本文提出了基于Io T-WSN的陶瓷生产车间环境监测系统,构建了感知层、传输层和应用层,WSN采集的车间现场数据经处理后汇聚到网关节点,通过ESP8266 Wi-Fi模块上传到One NET云平台,用户可在Web端实时查看车间环境信息。为实现以上功能,本文主要开展了以下工作:(1)研究了WSN组网技术和通信协议,设计了树型网络拓扑结构和API数据帧结构,结合开源硬件平台Arduino和多类型传感器,实现了陶瓷生产车间多源环境信息感知。(2)基于EDP协议(Enhanced Device Protocol,增强设备协议),建立了WSN现场网关与One NET云平台的接入关系,实现了远程实时数据交互功能。应用RESTful Web开发架构,开发了基于云平台的上位机应用软件,自定义了UI界面,提高了数据可视化程度。(3)研究了WSN数据融合技术,提出了两级数据融合机制:在终端节点(End Device),对同类型传感器采集数据进行一级自适应加权平均融合处理;在路由节点(Router),采用卡尔曼滤波算法进行二级融合处理。两级数据融合机制减少了WSN网内数据传输量、降低了节点能耗,同时减小了随机噪声干扰、提高了监测精度。(4)运用AHP层次分析法,建立了陶瓷生产车间空气质量模糊综合评价模型,实现了对空气质量的分级评价。经过与单因子评价法做对比实验,得出基于AHP的模糊综合评价法能更为客观的反映出空气质量实际状况。