毕业设计(论文)基于多Agent的无线远程温度监控系统.doc
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1、XXXX大学论文 学号: XXXXXXXXX基于多Agent的无线远程温度监控系统学院名称: XXXX 专业名称: 计算机科学与技术 年级班别: XXXXXXXX 姓 名: XXX 指导教师: XXX XXX年XX月基于多Agent的无线远程温度监控系统摘 要 传统的温度监控系统大多采用人工测量或者在测量点与监控室之间搭建电缆的有线方式,不仅耗费了大量的人力、财力,而且电缆搭建在实际操作中并不容易,维护起来也相对困难,监测范围广泛或者在偏远环境恶劣地区更显得是无能为力。无线远程温度监控是则用无线传感器无线通信方式技术发射数据与接收数据和自动控制相结合的一种控制,基于这种技术采用多Agent系统
2、对无线传感的数据进行接收分类、实时处理和无线传感器相协调、分析解释和显示,如果温度过高多Agent系统会实时处理采取报警模式。可用于各种环境中包括恶劣甚至危险的远程环境中,对各领域有着广泛的应用前景。关键词 无线网络;无线传感器;多Agent;温度监控;Based on the Agents wireless remote temperature monitoring systemAbstract Most of the traditional temperature monitoring system using artificial measurement or between the m
3、easurement point and control room set up cable cable way, not only cost a lot of manpower, financial resources, and cable structures, in practice it is not easy, the maintenance is also relatively difficult, monitoring wide range or in remote environments, more is helpless. Wireless remote temperatu
4、re monitoring is to use wireless sensor data wireless communication technology launch and receive data with the combination of a kind of control, and automatic control technology based on the Multi Agent system based on the technique of wireless sensor to receive classification, the real-time proces
5、sing of data and coordinated wireless sensor, analysis, interpretation and display, if the temperature is too high more than the Agent system can real-time processing take alarm mode.Can be used for a variety of environments including remote environment, bad or even dangerous for every field has a b
6、road application prospect.Keywords Wireless network; Wireless sensor;The Agent; Temperature monitoring;前 言随着社会的发展和生活的需要,利用无线远程通信进行温度监控已经广泛运用到生活的各个领域。图1.1短距离无线通信的应用无线远程温度监控已经广泛用在日常生活中、工农业上、环境监测、军事国防等各个领域中。在当前的科技水平下,无线通信远程监控技术的发展使得温度采集测量精确,简便易行。它不需要像有线网络控制耗费巨大的通信资源,也不受环境、网络速度的影响。从实际情况, 本着低成本、低功耗的原则, 对
7、该系统软硬件进行设计, 并解决了传统的有线监控系统的诸多问题, 具有简单、灵活和易开发等优点。无线传感器网络(Wireless sensor network)是由大量低成本、 能耗低的微小传感器节点(Sensor node)构成的无线网络测控系统6。因此本文通过无线传感器发射和接受的数据信息,运用多Agent技术来进行协调、协作与协商、求解完成一系列的监控。1 无线网络通信技术1.1 无线网络技术的技术标准无线网络技术,包括蓝牙技术、WIFI技术和家庭网络技术的HomeRF技术及ZigBee技术等。由于ZigBee技术具有低成本、低功耗、低速率、低复杂度和高安全性等优点。因此本系统采用ZigB
8、ee无线网络进行数据通信5。与传统网络中的信号用电缆或光纤来传输不同,无线网络利用微波等无线技术进行信息传递。各Agent的通信模块均采用NRF24L01无线收发模块进行设计2,无线远程温度原理结构图如1.1所示。图1.1NRF24L01原理结构图Fig 1.1 NRF24L01 principle diagram1.2 无线网络技术的特点 移动性高。无线网络最明显的优势就是其移动性,移动性意味着可以在访问节点之间移动而不失去与网络的连接。无线网络中计算机通过无线方式进行通信,而不必依赖光缆或电缆,因此在信号覆盖范围内,可以以很大的灵活性自由移动。 安装简便。采用无线网络技术,避免了布线工程的
9、种种困难,使网络的安装工作大大简化,安装网络只需安装无线接入点,并在每台设备中插入无线网卡。 传输速度快。目前WIFI技术的传输速度可以达到11Mbps,能够满足个人和社会信息化的大部分需求。 运行成本低。由于后期维护方便,运行成本只有有线网络的50%左右3。2 无线传感器网络2.1 国内外研究现状 WSN起源于20世纪70年代。20世纪80-90年代,研究主要在军事领域,成为网络中心战的关键技术,拉开了无线传感器网络研究的序幕;20世纪90年代中后期,WSN引起了学术界、军事界和工业界的广泛关注,发展了现代意义的无线传感器网络技术。 国内首次启动出现于1999年中国科学院知识创新工程点领域方
10、向研究的“信息与自动化领域研究报告”中,该领域的五大重点项目之一。在一份我国未来20年预见技术的调查报告中,信息领域157项技术课题中有7项与传感器网络直接相关。我国2010年远景规划和“十五”计划中,将WSN列为重点发展的产业之一。 国外美国军方最先开始无线传感器网络技术的研究, 包括CEC、REM BASS、TRSS 、Sensor IT、WINS、Smart Dust、SeaWeb、AMPS、NEST等研究项目。美国国防部远景计划研究局已投资几千万美元,帮助大学进行无线传感器网络技术的研发。加拿大、英国、德国、芬兰、日本和意大利等国家的研究机构也加入了 WSN 的研究【8】。2.2 无线
11、传感器的功能和特点 无线传感器节点是采集、存储、处理和传输数据。通过无线网络,节点之间可以进行信息交换,也可以把信息传送到远程终端。作为一种新型的网络,无线传感器网络主要有电源能力局限性、节点数量多、动态拓扑、自组织网络多跳路由、以数据为中心等特点【8】。2.3 无线传感器网络体系结构 典型的无线传感器结构如图2-3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、传输介质和网络用户端。传感器网络是核心,在感知区域中,大量的节点以无线自组网方式进行通信,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
12、理和信息融合之后传送给用户。图2.3无线传感器网络体系结构图Fig 2.3Wireless sensor network system structure diagram 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2.3.1所示,主要包括数据采集模式、数据处理和控制模块、无线通信模块和供电模块这四部分。图2.3.1无线传感器网络节点结构图Fig 2.3.1Wireless sensor network node structure2.4无线传感器网络工况设计 如图2.4.1和图2.4.2所示,系统从断电态进入到供电态后,无线传感器网络的主、从节点均进行初始化。节点初始化后主动组网,
13、得到从节点相应信号后确定星型网络组建成功。组网成功后系统分为命令给出和测试数据传输2个阶段4。图2.4.1无线传感器网络通讯程序流程图Fig 2.4.1 Flow chart WSNs communication program图2.4.2无线传感器网络工况状态图Fig 2.4.2 Diagram of WSNS working condition3 Agent及多Agent3.1 多Agent系统的概念及特性 多Agent系统是由多个自主Agent所组成的一种分布式系统。其主要任务是要创建一群自主的Agent,并协调它们的智能行为。到目前为止,Agent还没有一个统一的形式化定义。一种比较普
14、遍的观点认为:Agent是一种能在一定环境中自主运行和自主交互,以满足其设计目标的计算实体。此外,一个比较权威的定义是强定义和弱定义。弱定义认为Agent是具有自主性、社会性、反应性和能动性的计算机软件系统和硬件系统。强定义认为,Agent是一个实体,它的状态可以看成是由信念、能力、选择、承诺等心智构建组成。一个多Agent具有每一单个Agent都仅具有有限的信息资源和问题求解能力、多Agent系统本身不存在全局控制,即其控制是分布的、知识与数据均是分散的、计算是异步执行的等特性。Agent结构是指Agent的组成方式。其基本结构包括反应Agent、慎思Agent及混和Agent的结构。然而混
15、合Agent结构把反应Agent和认知Agent结合在一起。 其混合Agent结构如图3.1.1所示:图3.1.1 混合Agent的基本结构(宋体5号,居中)Fig 3.1.1 The basic structure of mixed Agent多Agent的合作包括:Agent协调:是指对Agent之间的相互作用和Agent动作之间的内部依赖关系的管理。它描述的是一种动态行为,反映的是一种相互作用的性质。它的两个最基本的成分是:“有限资源的分配”和“中间结果的通信”。 Agent协作:协作是指Agent之间相互配合一起工作。它是非对抗Agent之间保持行为协调的一个特例。Agent协商:协商
16、主要用来消解冲突、共享任务和实现协调,是多Agent系统实现协调和解决冲突的一种重要方法【9】。4 温度监控4.1温度监控的发展趋势在人类的生活环境中,温度扮演着极其重要的角色。无论你生活在哪里,从事什么工作,无时无刻不在与温度打着交道。自18世纪工业革命以来,工业发展对是否能掌握温度有着绝对的联系。在冶金、钢铁、石化、水泥、玻璃、医药等等行业,可以说几乎所有的工业部门都不得不考虑着温度的因素。现代工业设计、工程建设及日常生活中常常需要用到温度控制,早期温度控制主要应用于工厂中,例如钢铁的水溶温度,不同等级的钢铁要通过不同温度的铁水来实现,这样就可能有效的利用温度控制来掌握所需要的产品了。在现
17、代社会中,温度控制不仅应用在工厂生产方面,其作用也体现到了各个方面,随着人们生活质量的提高,酒店厂房及家庭生活中都会见到温度控制的影子,温度控制将更好的服务于社会。近年来,单片机发展十分迅速,一个以微机应用为主的新技术革命浪潮正在蓬勃发展,单片机已经渗透到工业,农业,国防,科研以及日常生活等各个领域。传统的温度采集的方法不仅费时,而且精度差满足不了各行业对于温度数据提高精度,设备高可靠性的需求。单片机的出现使得温度数据的采集和处理得到了很好的解决。选择适当的单片机和温度传感器以及前端处理电路,可以获得较高的测量精度,不但方便快捷,成本低廉,省事省力,而且大幅度提高了测量精度。4.2 温度单片机
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