供水管网泄漏检测系统设计及低功耗与时间同步技术研究

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管道泄漏每年会给国家和人民带来巨大的水资源浪费,因此管道泄漏检测工作是节水省水工作中的重要一环。相较于传统人工漏水检测技术,基于无线通信技术的漏水检测系统在实时性、精确性和可靠性上更胜一筹。本文尝试研制一套基于低功耗远距离无线组网的供水管网泄漏检测系统,并针对系统组网中关键的低功耗与时间同步问题展开研究。论文的主要工作如下:(1)基于分析的漏水检测系统的功能和需求,设计了一套供水管网泄漏检测系统,整体架构分为采集端、控制端和交互端三部分。(2)设计了检测泄漏信号的无线传感节点。该节点由信号调理单元、射频芯片、主控芯片和电源模块组成,其中射频器件采用semtech公司开发的LoRa通信芯片sx1262。基于所设计的传感节点搭建了一个无线传感网络,实现了泄漏信号采集、无线组网和数据传输任务。(3)进行了周期性休眠和变功率算法等低功耗设计,并对传感节点在不同工作模式的功耗进行了测试。实验测试和估算结果表明,系统的低功耗设计可降低系统功耗90%以上,有效延长了系统的使用寿命。(4)基于RBS算法设计了系统内无线传感网络的时间同步算法,探究了算法在系统实际应用中误差的产生原因并进行了改进。进行了时间同步实验,证明改进后的时间同步算法可将同步误差控制在1ms以内,可以基本完成时间同步功能。(5)对研制的无线组网管道泄漏检测系统进行了整体性测试,验证了系统泄漏检测定位的有效性。结果表明所设计的系统能够有效检测出漏水点位置,误差范围满足要求。
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