一种可回收式水下声学传感器网络节点的设计和布放仿真

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水下传感器网络节点,是构造水下传感器网络的基本单元,一方面节点具有传感器数据采集、数据储存、声学通讯和组网的诸多功能,另一方面,依靠内部配置的高能量锂电池的能量供应,为水下传感器网络的运行提供了能量方面的保障。相对目前国际上已有的海底有线网络,无线声学网络面临的最大技术障碍,一方面是声学通讯系统的实时通信,另一方面是给通讯节点提供稳定的动力供应。在单个节点系统中,同时还要具有自动回收等功能,因此高可靠性和低功耗的设计就尤为重要,为解决上述问题,本文重点开展以下方面的研究和设计攻关工作。  本文首先对水下传感器网络节点进行了总体设计。设计主要包括工作方案设计和结构设计。工作方案设计包括节点工作流程设计,节点工作模块分解,主控监测系统设计并确定了串口通讯协议。其次,为了使得水下传感器网络节点着陆后有较好的姿态,结构设计中,选择了上浮下沉的结构形式,主要的任务是耐压回收球形舱体的设计,可脱开机构设计,机构部件设计等,论文还研究了增强型玻璃钢可回收耐压舱体的加工过程。  然后,本文还对水下传感器网络节点的水下自由布放进行了FLUENT仿真。节点布防的环境一般选择海况较好的环境进行,将节点吊至被海水完全浸没后,将水下传感器网络节点自由释放。仿真中,首先,通过稳态计算确定了节点模型稳定后下落的最大速度,然后通过FLUENT中的六自由度模块计算了节点以一定倾斜角度下落时,其自我恢复的时间,得出下落方向的位移曲线和速度曲线,计算出最大下落速度与所受到的沿着下落方向最大的阻力,并将最大速度和最大阻力分布与稳态计算结果和理论值进行了比较。  最后,文章还设计了水下传感器网络节点的水池实验,主要验证节点通讯初步组网的可行性,以及声学换能器的信号发送与接收的工作情况,为后续的湖泊试验打下基础。
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