環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)中中心節(jié)點設計【優(yōu)秀畢業(yè)課程設計含開題報告】

環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)中中心節(jié)點設計【優(yōu)秀畢業(yè)課程設計含開題報告】,環(huán)境,空氣質(zhì)量,監(jiān)測,系統(tǒng),中心,節(jié)點,設計,優(yōu)秀,優(yōu)良,畢業(yè),課程設計,開題,報告,講演,呈文 1 摘 要 隨著人們對低速率無線個人域網(wǎng)的應用需求越來越大， 術(shù)在近年來得到了快速的發(fā)展。由于 術(shù)具有低功耗、成本低、低速率、近距離和網(wǎng)絡容量大等特點，使得其得到了廣泛的應用，具有十分廣闊的研究前景。 議符合 系結(jié)構(gòu)， 絡分為 4 層，從下向上分別為物理層（ 媒體訪問控制層（ 網(wǎng)絡層（ 應用層（ 最底層物理層和 使用 議。 絡包含兩種功能類型設備：全功能設備中心節(jié)點和精 簡功能設備子節(jié)點，包含三種類型的節(jié)點，即協(xié)調(diào)器 由器 終端設備 持星狀網(wǎng)，樹狀網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)三種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，分為信標和非信標兩種工作模式。 本文在對無線傳感器及其網(wǎng)絡協(xié)議技術(shù)分析的基礎(chǔ)上，提出了基于 議的無線測溫網(wǎng)絡中中心節(jié)點模塊的設計方案。方案中使用 控制芯片和線模塊搭建了一個基于 術(shù)的中心節(jié)點全功能模塊，該模塊通過行精確的定時，并且采用無線數(shù)傳模塊與上位機通信。中心節(jié)點在網(wǎng)絡中充當中心節(jié)點和協(xié)調(diào)器的作用，負責向終端節(jié)點 查詢溫度的信息，然后反饋給計算機，達到無線測溫的目的。 關(guān)鍵詞： 無線傳感網(wǎng)絡； 度；濕度； 2 is at a on is in as it It to is to up is to or is by of 節(jié)點）， of nd ，of of of a is 心節(jié)點 is to a 中心節(jié)點 as in to to so as to of 3 目 錄 ........................................................................................................................................................ 2 引言 ................................................................................................................................................................ 4 第 1 章 緒論 ................................................................................................................................................ 5 題背景 ......................................................................................................................................... 5 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................................................................................................................... 5 題研究的目的和意義 .................................................................................................................. 6 第 2 章 議及其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) ............................................................................................................ 6 絡結(jié)構(gòu)概述 ...................................................................................................................... 6 議 ...................................................................................................................................... 6 統(tǒng)架構(gòu) .......................................................................................................................................... 7 第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的實現(xiàn) ..................................................................................................................... 7 統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) .................................................................................................................. 7 案實現(xiàn)總框圖 .............................................................................................................................. 8 入式無線通信模塊 .................................................................................................. 9 C 機接口電 路 ...............................................................................................................................濕度數(shù)字傳感器 ........................................................................................................................照傳感器 ................................................................................................................................... 4 章 系統(tǒng)軟件的實現(xiàn) ........................................................................................................................... 12 流程圖 ....................................................................................................................................... 12 程序模塊分析 ............................................................................................................................. 13 始化子程序段 ................................................................................................................. 13 部中斷子程序 ................................................................................................................. 13 行中斷 1 子程序 ............................................................................................................. 13 行中斷 2 子程序 ............................................................................................................. 14 統(tǒng)軟件對功耗的影響 ................................................................................................................ 15 第 5 章 系統(tǒng)性能測試 ................................................................................................................................. 16 信距離測試 ................................................................................................................................ 16 據(jù)傳輸速率測試 ........................................................................................................................ 17 第 6 章 結(jié)論與展望 .................................................................................................................................... 18 論 ............................................................................................................................................... 18 望 ............................................................................................................................................... 18 參考文獻 ...................................................................................................................................................... 20 附錄 A 無線測溫網(wǎng)絡中 中心節(jié)點 模塊的原理圖 ..................................................................................... 21 附錄 B 無線測溫網(wǎng)絡中 中心節(jié)點 模塊的 ....................................................................................... 22 附錄 C 源程序 ............................................................................................................................................ 23 4 引言 近年來，智能家居、無線通信、無線控制、無線定位、無線組網(wǎng)等詞語的不斷映入人們眼簾。由于 絡的普及、家居用具的智能化以及單片機具有強有力的功能，使得它逐漸來到人們身邊，進入我們的日常生活。日益相關(guān)的知識報道足以預測這類新技術(shù)一定具有很強大的生命力和廣闊市場前景。 多的中心節(jié)點都是由電池供電。 發(fā)信息功耗低，休眠 模式等方法降低了傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的功耗，減少了 了省電的優(yōu)點外， 時， 延短，優(yōu)化了時延敏感部分的應用；網(wǎng)絡容量較大，一個 54個從設備和一個主設備，一個區(qū)域最多可同時存在 100多個 1]。 本設計在 出了中心節(jié)點設計方案，完成了設計硬件電路和程序編寫，最后完成了對整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的測試和數(shù)據(jù)分析。 5 第 1 章 緒論 無線傳感器網(wǎng)絡 (一類特殊 眾多無線傳感器的節(jié)點組織在一起的，這些小型的節(jié)點具有無線通訊、數(shù)據(jù)采集和協(xié)同合作的能力，可以用于電源供給和布線困難或工作人員不能到達指定的區(qū)域 (如受到污染大、環(huán)境不能被破壞或敵對的區(qū)域 )和一些臨時的場合等等 [2]。無線傳感器的網(wǎng)絡節(jié)點可以隨機的或者特定的安放在目標環(huán)境中，它們之間的通訊通過對特定的協(xié)議組織起來，就能獲得周圍環(huán)境的相關(guān)信息并且相互協(xié)同工作以完成特定任務。在軍事國防、搶險救 災、農(nóng)業(yè)、環(huán)境監(jiān)控、城市管理等許多重要場合都有很大潛在的使用價值，具有十分廣闊的市場前景和應用前景。 開發(fā)無線傳感器網(wǎng)絡采用的協(xié)議取決網(wǎng)絡具體應用范圍。 庭控制、建筑自動化等方面設計的一種無線傳感器網(wǎng)絡協(xié)議。本文將分析 照傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)。 題背景 隨著當今社會的迅速發(fā)展，人們對通信技術(shù)的要求正在不斷提升，無線通信網(wǎng)絡技術(shù)在其中扮演著的角色越來越重要。無線通信網(wǎng)絡技術(shù)按照傳輸?shù)姆秶鷣韯澐?，可以分為無線城域網(wǎng) (無線廣域網(wǎng) (無線局域網(wǎng) (無線個人域網(wǎng)(其中的無線個人域網(wǎng)就是所謂的短距離通訊無線網(wǎng)絡，不僅如此各種短距離無線通訊傳輸技術(shù)更是層出不窮 [3]：藍牙 ( 線 由于 功耗、時延短、容量大、可靠度高、安全傳輸?shù)缺姸鄡?yōu)點，所以它主要應用在短距離內(nèi)的低速電子設備間的數(shù)據(jù)傳輸，因此非常適用在家電和小型電子的無線指令傳輸?shù)取? 內(nèi)外研究現(xiàn)狀 傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)研究方是當今通訊研究方向前沿性的熱 點之一，具有很大的科學研究意義和廣闊的應用前景，已被公認為 21世紀最具研究價值的課題之一。 我國對傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)方面的研究起步較晚，近兩年才受到通訊領(lǐng)域的關(guān)注。國家重大研究項目中包含在“十五”科技攻關(guān)項目中的傳感器網(wǎng)絡。在民用方面，交通、環(huán)境監(jiān)控、生態(tài)保護、工業(yè)控制等方面，我們可以用傳感器網(wǎng)絡及時準確的進行全方面的檢測和控制。 6 題研究的目的和意義 溫濕度、光照感應和監(jiān)測技術(shù)在社會生產(chǎn)生活各個方面都有廣泛應用，如環(huán)境檢測、醫(yī)療保健、科研等。 目前，此項設計的意義在于對無線測溫的電池供電產(chǎn)品化、實用化 作出有益的嘗試。對無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點的體系結(jié)構(gòu)及各個模塊的能量消耗情況進行了初步的分析，提出并解決無線傳感器網(wǎng)絡中心節(jié)點構(gòu)架設計的系統(tǒng)方式，確定中心節(jié)點主動的協(xié)調(diào)方式的架構(gòu)設計。 據(jù) 能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)議庫的封裝及模塊化，使得協(xié)議在不同的硬件平臺間，不同的應用系統(tǒng)間的能夠便捷移植，才能給我們解決 4]。 第 2 章 議及其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu) 絡結(jié)構(gòu)概述 利用 網(wǎng)絡的基本結(jié)構(gòu)成為“設備（ 。網(wǎng)絡中的設備按照其功能不同可分為兩種：中心節(jié)點和子節(jié)點。 調(diào)器，也可以作為終端設備實用。在一個網(wǎng)絡里至少需要一個主協(xié)調(diào)器。而中心子節(jié)點功能非常簡單，可以用最低端的 網(wǎng)絡了只能作為不需發(fā)送大量數(shù)據(jù)的終端設備，只能和特定的中心節(jié)點進行通信。 議 下圖 2 議棧的概述圖 : 圖 2- 1 議棧概述圖 7 當前的 003年提出的由 最主要的優(yōu)點是速率和功耗都很低。各層都實現(xiàn)了一定的通信功能，并向上一層提供信號。 統(tǒng)架構(gòu) 速率、近距離、低成 本的無線傳感器網(wǎng)絡技術(shù)，全球統(tǒng)一無需申請的工作頻段為 協(xié)議是依據(jù) 術(shù)的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的標準，并對其進行了完善和擴展而制定的。 種拓撲結(jié)構(gòu) : 星型網(wǎng)、樹型網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)，每種網(wǎng)絡都具有各自的優(yōu)點和不足，可根據(jù)實際應用來選擇3種拓撲結(jié)構(gòu)。 整個遠程無線溫度測量系統(tǒng)包括溫濕度、光照測終端、網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器、數(shù)據(jù)發(fā)布與處理服務器以及用戶終端 [5]。溫濕度、光照測終端實時采集和發(fā)送各監(jiān)測點的溫度、濕度、光照，與網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器構(gòu)成 網(wǎng)絡協(xié)調(diào) 器實現(xiàn)數(shù)據(jù)的協(xié)調(diào)和接收，并與數(shù)據(jù)處理與發(fā)布服務器進行串口通信，普通用戶終端可以通過 照，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 2 圖 2第 3 章 系統(tǒng)硬件電路的實現(xiàn) 統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu) 溫濕度、光照測終端由溫度傳感器、濕度傳感器、光照傳感器、無線通信模塊、微處理器模塊等構(gòu)成，用在測點的溫濕度、光照進行采樣，并通過無線通信網(wǎng)絡系統(tǒng)將信號發(fā)送到網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器中。網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器由無線通信和微處理器模塊組成，主要用于接收以及控制各節(jié)點的溫濕度、光照信息，并 通過串口通信 件結(jié)構(gòu)如下圖 3照實際環(huán)境的需要，還可將顯示或者報 8 警模塊安裝在終端節(jié)點上，以方便安裝網(wǎng)絡的測試，同時也方便了監(jiān)測點附近人員進行實地測量環(huán)境中的各種所需的數(shù)據(jù)。 圖 3圖 3案實現(xiàn)總框圖 本研究的核心電路是無線測量溫度、濕度、光照，網(wǎng)絡中的全功能（中心節(jié)點）模塊的設計，首先需要設計出來符合 模塊電路主要由三個部分組成：射頻模塊、 圍電路和 圖 3 S Z 0 5 - Z B E E 嵌 入式 無 線 通 信 模 塊M C U ( S T C 1 2 A 3 2 S 2 )上 位 機 P D 指 示 電 路D S 3 2 3 1 時 鐘 電 路L C D 顯 示 電 路心節(jié)點硬件設計總框圖 外圍電路包括：指示電路、程序調(diào)試端口、顯示電路等。其中程序調(diào)試端口是利用示電路使用發(fā)光 示電路選用 與 過 時，在設計 入式無線通信模塊 順舟科技的 成了符合 具有通訊距離遠、抗干擾能力強、組網(wǎng)靈活、性能可靠穩(wěn)定等優(yōu)點和特性；可實現(xiàn)點對點、一對多、多對多間的設備之間的數(shù)據(jù)傳輸；可組成星型、樹型和蜂窩型網(wǎng)狀網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu) [6]。 由器和終端節(jié)點。下表 3 表 3- 1 技術(shù)指標 類 別 指標名稱 列無線模塊 無線網(wǎng)絡 傳輸距離 100 米 —2000 網(wǎng)絡拓撲 樹型、 星型、鏈型、網(wǎng)狀網(wǎng) 尋址方式 準地址 55 數(shù)據(jù)接口 最大數(shù)據(jù)包 256 字節(jié) 平收發(fā)、標準 口 串口信號 據(jù)接口 串口速率 1200 ~ 38400 口校驗 據(jù)位 7, 8 校驗位 1 收發(fā)器 調(diào)制方式 序擴頻 頻率 范圍 線信道 16 接收靈敏度 射功率 5線連接 外置 線或 線 防止沖突 耗 輸入電壓 V 最大發(fā)射電流 70 大接收電流 55 機電流 10 電模式 110 眠模式 30 有電源接口、控制接口、數(shù)據(jù)接口和系統(tǒng)指示燈接口和 天線接口等等，接口采用標準 系統(tǒng)接口可采用插座或者接線座模式引出到用戶系統(tǒng)，如圖 3 10 圖 3- 1 列嵌入式模塊典型連接圖 統(tǒng)采用了標準 合工業(yè)標準應用的無線數(shù)據(jù)通信模塊，它的特點是安裝的尺寸小、通訊的距離遠、抗干的擾能力強、組網(wǎng)靈活等；可以實現(xiàn)透明傳輸多設備間的數(shù)據(jù)；可組 裝嵌入式模式，能使您的產(chǎn)品迅速集成最新的 圖 3- 5為 圖 3- 2 列嵌入式模塊實物圖 11 C 機接口電路 本設計采用 行通信與 相連接，通過串口將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給計算機，然后計算機根據(jù)相應的設置進行操作，其接口電路如圖 3示。 5 L B C 18 4R 1110 0 02 0 12R 1212051243S W 2S W D I P - C P C P - 6 信接口電路 濕度數(shù)字傳感器 帶 字溫濕度、光照傳感器是一種含有已經(jīng)校準好的信號輸出的溫濕度、光照復合傳感器。它可以應用于數(shù)字模塊的采集和溫濕度、光照傳感器，確保 每個產(chǎn)品都具有很高的可靠性與長期穩(wěn)定性。傳感器包括一個電阻式感濕元件、一個 溫元件和一個光敏傳感器，并與一個高性能的 8 位單片機連接 [7]。因此此產(chǎn)品優(yōu)點的有品質(zhì)卓越、響應極快、抗干擾能力強、性價比極高等。 接口電路如下圖： 感器接口電路圖 照傳感器 其中 種集成電路可以根據(jù)收集的光線強度數(shù)據(jù)來調(diào)整液晶或者鍵盤背景燈的亮度。利用它的高分辨率可以探測較大范圍的光強度變化 [8]。 接口電路如下圖： 12 V C D K 4D I V 5S D A 6B H 1 75 0F V 0P 21P 22圖 3照傳感器接口電路圖 第 4 章 系統(tǒng)軟件的實現(xiàn) 流程圖 本設計的軟件實現(xiàn)是通過 譯軟件來實現(xiàn)的。中心節(jié)點模塊主要起到協(xié)調(diào)作用，實現(xiàn)對下位機節(jié)點的巡檢和對上位機的通信，如下圖 4示為軟件的總流程圖 系 統(tǒng) 初 始 化 程 序開 始W D 等 待否是 否 有 中斷 產(chǎn) 生執(zhí) 行 中 斷 子 程 序退 出 中 斷是圖 4- 1 程序總流程圖 從流程圖上可以看出，在主程序中一直在等待，所有的功能均是通過中斷來實現(xiàn)的，本次采用了一個外部中斷和兩個串行中斷。兩個串行中斷分別實現(xiàn)對上位機的串行通信和對下位機 點進行通信，該處理程序十分重要，它的處理來實現(xiàn)下位的低功耗 [9]。 13 程序模塊分析 該系統(tǒng)的子程序主要包括 :初始化子程序段、外部中斷子程序、串行中斷 1 和串行中斷 2，在以下各節(jié)中將對其分別進行分析。 始化子程序段 #義為嵌入系統(tǒng)初始化程序段。其中包括設置堆棧，將示位的存儲區(qū)間 值為 0,設置程序狀態(tài)字 各寄存器清零，設置 始化程序，設置 收和發(fā)送模式，設 置串行口1 和串行口 2 工作方式，設置串行通信波特率，開中斷，設置中斷控制寄存器，置位 部中斷子程序 外部中斷由 生，每當 生精確的 1 秒時都會觸發(fā)外部中斷 0 產(chǎn)生中斷。在中斷處理程序中，讀取 的值，并調(diào)用顯示子程序，然后向子節(jié)點子節(jié)點模塊發(fā)送 55H 進行查詢 [10]。如下圖 4示為外部中斷流程圖。 E X 0 I N D S 3 2 3 1 秒存 儲 器 的 值調(diào) 用 L C D 顯 示 子 程 序向 R F D 發(fā) 送 5 5 H 查 詢和 時 分 秒 校 驗 和R E T - 2 外部中斷流程圖 行中斷 1 子程序 圖 4示為外部中斷流程圖，串行中斷 1 負責與上位機的通信，其采用 信方式，將節(jié)點采集過來的數(shù)據(jù)通過中心節(jié)點（中心節(jié)點）上傳給上位機。由于中心節(jié)點的存儲空間有限，所以要及時將數(shù)據(jù)發(fā)送給電腦，在電腦中對數(shù)據(jù)進行分析、存儲 [11]。 14 U A R T 1讀 取 S B U F 存 儲 器 的 值將 存 儲 區(qū) 的 數(shù) 據(jù) 通 過R S 4 8 5 發(fā) 送 給 上 位 機R E T U F = 0 F E H ?是發(fā) 送 校 驗 成 功 ？是否否u a r t _ s u c c _ f l a g = 0 ?是否圖 4- 3 串行中斷 1 流程圖 行中斷 2 子程序 串行中斷 2 主要負責對下位機的巡檢，并與其通信，將節(jié)點對環(huán)境溫度測試的數(shù)據(jù)采集過 來，并且將接收到的數(shù)據(jù)存儲在相應的存儲空間，通過 示接收的信息。 15 U A R T 2讀 取 S 2 B U F 存 儲 器 的 值調(diào) 用 L C D 顯 示 子 程 序數(shù) 據(jù) 存 儲R E T B U F = 5 5 ?接 收 數(shù) 據(jù)是接 收 成 功 ？是否否圖 4- 4 串行中斷 2 流程圖 統(tǒng)軟件對功耗的影響 術(shù)的優(yōu)勢在于其低成本和低功耗的特性，而本設計的思想也是在其低功耗的基礎(chǔ)之上進行的研究。在整個系統(tǒng)中，通過中心節(jié)點和終端節(jié)點的相互配合，并提高軟件的實現(xiàn)效率，以提高中心節(jié)點的巡檢速率，進而實現(xiàn)對終端節(jié)點模塊子節(jié)點的節(jié)能研究 [12]。 無線收發(fā)裝置可以在不同的模 式下工作 ,一般具有以下 4 種工作方式 :發(fā)送、接收、空閑和休眠。對于小功率發(fā)射 ,發(fā)射模式和接收模式的消耗功率基本上是一致的 ,甚至接收 16 比發(fā)射需要更多的功率 ,這主要取決于收發(fā)器的體系結(jié)構(gòu)?？臻e模式的消耗功率可以比接收模式的消耗少 ,或與接收功率相同。為了減少無線傳感器網(wǎng)絡的平均功率消耗 ,使得收發(fā)模塊長期處于空閑模式將會消耗大量的能量。因此 ,需要將收發(fā)器置于休眠狀態(tài) ,而不只是空閑狀態(tài) ,只在必要時才需要激活，使其工作在一個低占空比下。但這樣的處理方式會增加復雜性 ,因此必須考慮額外消耗的功率和時間 [13]。 實驗表明：經(jīng)測 試改進前的平均工作電流約為 80 進后在掃描周期為 60 秒的情況下的平均工作電流為 中在一個掃描周期內(nèi)其工作狀態(tài)如表 4示。 表 4- 1 子節(jié)點各種工作狀態(tài)下的功率消耗 工作狀態(tài) 工作電流 工作時間 單片機掉電、 電（ 高、無 片機正常、 電 片機休眠、 待接收狀態(tài) 片機正常、 常處在接收狀態(tài) 300片機正常、 常處在發(fā)送狀態(tài) 800片機正常、 待 75片機正常、 電 此，一個優(yōu)化的程序?qū)?jié)點的功耗影響是十分關(guān)鍵的，基于 軟件編寫就是最大化的對程序進行了優(yōu)化。本設計中心節(jié)點模塊通過 生精確地同步時鐘，并且每經(jīng)過一個小時進行與下位機節(jié)點的一次校正，保證時鐘同步；每經(jīng)一秒巡檢一個節(jié)點，此時其它節(jié)點處于掉 電狀態(tài)，相對于下位機子節(jié)點節(jié)點則每經(jīng)一秒循環(huán)喚醒，其余時間處于掉電狀態(tài)，這樣就極大地降低了功率的消耗，對 低功耗研究具有很大的意義 [14]。 第 5 章 系統(tǒng)性能測試 為分析 線通信模塊的性能是否滿足系統(tǒng)需求，針對 通信距離、數(shù)據(jù)傳輸速率和數(shù)據(jù)傳輸延時幾個性能指標進行了測試。 信距離測試 測試方法：從主節(jié)點連續(xù)單向發(fā)送時間信號給從節(jié)點，發(fā)送次數(shù)為 100 次，檢測從節(jié)點接收信號成功率。測試結(jié)果分見表 5 5 5 測試環(huán)境 1：室外環(huán)境，無阻隔。 表 5- 1 通信距離測試結(jié)果 1 距離 發(fā)射功率 接收成功率 40ｍ 2500% 50ｍ 2500% 60ｍ 2500% 70ｍ 259% 17 80ｍ 258% 90ｍ 255% 100ｍ 251% 測試壞境 2：室內(nèi)環(huán)境，樓層阻隔（某實驗樓內(nèi)） 。 表 5- 2 通信距離測試結(jié)果 2 距離 發(fā)射功率 接收成功率 40ｍ 2500% 50ｍ 258% 60ｍ 250% 70ｍ 258% 80ｍ 250% 90ｍ 252% 100ｍ 250% 測試環(huán)境 3：室內(nèi)環(huán)境，金屬阻隔物（金屬阻隔物未完全封閉節(jié)點天線）。 表 5- 3 通信距離測試結(jié)果 3 距離 發(fā)射功率 接收成功率 40ｍ 250% 50ｍ 255% 60ｍ 254% 70ｍ 251% 80ｍ 25% 90ｍ 25% 100ｍ 25% 結(jié)果 分析：射頻芯片的發(fā)射功率為 25從節(jié)點的通信距離在 40ｍ范圍之內(nèi)時，接收效果良好 [15]。當距離在 40ｍ～ 100ｍ以內(nèi)，無障礙傳輸效果仍然比較樂觀，但時，在室內(nèi)環(huán)境下接受成功率比較差，特別是有金屬阻隔時，超過 70ｍ基本就接收不到了。如果增加發(fā)送功率，或者在節(jié)點間增加中繼器，則傳輸距離將大大增加。測試結(jié)果說明， 線傳輸方式的通信距離滿足測溫系統(tǒng)組網(wǎng)的要求 。 據(jù)傳輸速率測試 測試環(huán)境：室內(nèi)環(huán)境，樓層阻隔，主節(jié)點和從節(jié)點距離約為 50 米，發(fā)射功率為 25統(tǒng)計誤碼率，無重傳。 測試 步驟： （ 1）從節(jié)點連續(xù)單向發(fā)送設定個數(shù)的報文至主節(jié)點。在報文發(fā)送開始和發(fā)送完畢時通過串口輸出提示信息至計算機屏幕，利用串口調(diào)試自帶的時鐘進行計時，未重傳。按照此方法連續(xù)測量三次，計算其平均速率。 （ 2）改變發(fā)送報文的設定個數(shù)，重復步驟（ 1）兩次。 測量結(jié)果：如表 5示。 表 5- 4 數(shù)據(jù)傳輸速率測試結(jié)果 18 報文數(shù)目 報文長度（ 起始時間 結(jié)束時間 傳輸速率（ 200000 60 10:20:35 11:24:02 00000 60 11:30:25 11:50:46 0000 60 12:00:50 12:23:31 果分析： 據(jù)傳輸?shù)乃俾手禐?250的是爆發(fā)傳輸速率，在其傳輸過程中，允許單片機以較低的速率對射頻芯片進行數(shù)據(jù)的裝載。在實際應用過程中，限制通信速率平均值的主要因素是系統(tǒng)其它操作占用單片機的 源，從而使單片機和射頻芯片 間的平均數(shù)據(jù)裝載速率大幅度降低。從以上的實驗結(jié)果可知，實際測量數(shù)據(jù)傳輸速率約為 25 第 6 章 結(jié)論與展望 論 本 文在對無線傳感器及其網(wǎng)絡協(xié)議技術(shù)分析的基礎(chǔ)上，完成本次設計的內(nèi)容：無線測溫網(wǎng)絡中的中心節(jié)點模塊，它符合 網(wǎng)技術(shù)，擔任網(wǎng)絡協(xié)調(diào)者，形成網(wǎng)絡，讓其它的中心節(jié)點或子節(jié)點連結(jié)，具備控制器的功能，可提供信息雙向傳輸。對組網(wǎng)的方式，控制效率進行研究，并且提出一套實用的方案。完成模塊的硬軟件設計，完成系統(tǒng)硬件體系結(jié)構(gòu)圖和系統(tǒng)軟件設計。 文章對該 功能模塊（中心節(jié)點）的設計以及軟件的實現(xiàn)進行了詳細的介紹。主要包括以下兩個方面 :一是設計和實現(xiàn)了適用于 無線中心節(jié)點模塊；二是實 現(xiàn)基于 議棧實現(xiàn)無線組網(wǎng)，并對其控制效率進行研究。 本文中使用了 控制芯片和 線芯片搭建了一個基于 協(xié)調(diào)器負責向終端節(jié)點查詢溫度信息，并將所測溫度通過 線上傳給上位機，從而實現(xiàn)智能控制。 綜上所述，本文所取得的成果和創(chuàng)新點主要有： 用 制原理圖，進而實現(xiàn)實際電路的開發(fā)，包括微處理器 無線收發(fā)模塊的電路連接，相應外圍電路設計， 作等 ，最終完成了能夠運用到實際的中心節(jié)點模塊。 部分包括通信網(wǎng)絡方案設計，通信協(xié)議的編制以及程序調(diào)試，能實現(xiàn)對網(wǎng)絡各節(jié) 點間的通訊。 望 今天的世界已經(jīng)是無線的世界，未來的世界更加是無線的天下，而 術(shù)日趨成熟，市場上對 應用需求越來越大。目前市場上的 決方案，大多是基于 8051、 是 8 位或是 16 位單片機，正如本設計所使用的 19 就是基于 8 位的 片機微處理器測溫網(wǎng)絡，雖然能夠滿足本設計的要求，但是 仍然存在很多的不足，例如處理效率較低、單線程工作等，且隨著系統(tǒng)的復雜性增加，其設計必然滿足不了產(chǎn)品的設計要求，故 解決方案向嵌入式方面發(fā)展。而隨著科學技術(shù)的發(fā)展， 理器越來越成為人們關(guān)注，其主要應用于工業(yè)控制領(lǐng)域，其低成本、功能強大、擴展靈活，都非常符合 術(shù)的應用特點。 針對本設計采用 處理器來實現(xiàn)中心節(jié)點模塊的功能，雖然滿足了設計的要求，但就以后適應市場的發(fā)展，還需要做進一步的改進。由于時間的關(guān)系，本設計僅僅是做了 絡中負責協(xié)調(diào)的全功能模塊的設 計，其中不免有很多不妥之處，其中仍有很多需要改進的地方，比如可以選擇性能更高的處理器，在其基礎(chǔ)上可以設計出更加智能化的、功能更加強大 品。如果在設計好中心節(jié)點模塊的同時，可以將整個網(wǎng)絡搭建出來進行組網(wǎng)，進一步對應用層開發(fā)，增加人機界面的圖形化、動態(tài)化的顯示，更加生動地展現(xiàn)網(wǎng)絡狀態(tài)及信息收發(fā)情況。 20 參考文獻 [1] 呂志安 絡原理與應用開發(fā) [M]2008,02. [2] 李文仲． 線網(wǎng)絡技術(shù)入門與實戰(zhàn) [M]. 北京航空航天大學出版社 ,2008， 07. [3] 李文忠，段朝玉 線網(wǎng)絡與無線定位實戰(zhàn) [M]. 北京航空航天大學出版社 ,2008， 01. [4] 鐘艮林． 線傳感器網(wǎng)絡的設計與實現(xiàn) [J]. 科技信息 , 2009,09(31)： 71[5] 于海，高繼森 . 基于 辦公樓溫度檢測技術(shù) [J]2009,03(3)： 92[6] 上海順舟網(wǎng)絡科技有限公司．順舟科技 線通信模塊 [J]2004,04. [7] 吳輝 ,于軍琪 溫室房間溫度傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù) [J]2009，04(4)： 158 [8] 馬永強 ,李靜強 ,馮立營 . 基于 術(shù)的射頻芯片 ]2008,09. [9] 李文仲 ,段朝玉 . 片機與 線網(wǎng)絡實戰(zhàn) [M]北京航空航天大學出版社 ,2007. [10] 張寧 ,王越 ,王東 . 基于精簡協(xié)議棧的 絡節(jié)點研究 [J]2009,02（ 2）： 76[11] 陳森 ,朱浩 ,金巖華 . 基于 J]009， 25(2 27[12] F B) 20 007[L]. [13] of ]. 009,10:454–462. [14] ES ]009, 16(3): 89[15] ee 2006． 21 附錄 A 無線測溫網(wǎng)絡中中心節(jié)點模塊的原理圖 中期報告 學號 姓名 指導教師 題目 環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)中中心節(jié)點設計 （簡述開題以來工作進展和成效、存在的問題、下一步計劃與安排） 一．已完成的研究內(nèi)容 自畢業(yè)設計開始進入正題以來，經(jīng)過認真的學習和刻苦的鉆研，我現(xiàn)在已經(jīng)掌握了 一些基本功能，熟悉了 2530 單片機的基本功能。 經(jīng)過這段時間的研究制作，知道本次研究的課題有以下幾個難點：1．在 網(wǎng)時必須注意網(wǎng)絡協(xié)議，才能保障中心節(jié)點和子節(jié)點的通訊； 2．必須熟練掌握 2530 單片機的各種功能才能熟練使用； 二．所取得的階段成果 1．通過這段時間的不斷學習和研究，培養(yǎng)了我的開發(fā)和設計能力，提高了綜合運用所學知識和技能去分析、解決實際問題的能力，同時提高了我獨立思考問題的能力和實際操作水平。 2．通過看書、上網(wǎng)找相關(guān)資料，解決了不少問題。我學到了一些 有在畫圖時注意的許多問題。 3．通過學習促進了自己嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和工作作風，其中包括：鞏固和提高了自己學過的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識；培養(yǎng)自己掌握正確的思維方法和利用計算機解決實際問題的基本技能；使自己掌握文獻檢索、資料查詢的基本方法以及獲取新知識的能力；促使自己學習和獲取 新知識，掌握自我學習的能力。 4．通過做了這段時間的設計，我學到了一些 個節(jié)點之間的通訊。 錯綜復雜，問題千頭萬緒，需要清醒地認識到以人為本，為人服務，為滿足人和人際活動的需要作為設計的核心。 三．下一步工作計劃和研究內(nèi)容 經(jīng)過前一階段的學習并在老師和同學的幫助下主要對實物的設計、單片機的應用有了初步的理解，并在此基礎(chǔ)上做了相關(guān)內(nèi)容。下一步工作計劃如下： 1．繼續(xù)把還沒有完成的部分做完。 2．進一步完善設計，包括調(diào)試、后期處理等。 3．寫畢業(yè)論文與課程設計，準備參加畢業(yè)實習并寫好畢業(yè)實習報告。 4．在完成以上畢業(yè)設計、畢業(yè)論文、課程設計等相關(guān)準備之后準備畢業(yè)答辯相關(guān)事項。 指導教師意見： 教師簽名： 月 日 指導小組 (教研室 )意見： 組長簽名： 月 日 開題報告 學號 姓名 指導教師 題目 環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)中中心節(jié)點設計 課題內(nèi)容： （研究現(xiàn)狀、目標、意義等，空白不足可增加頁面） 隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展 ,工業(yè)廢氣對空氣的污染得到了廣泛的關(guān)注和重視 ,對環(huán)境空氣質(zhì)量進行有效監(jiān)測已經(jīng)成為了我國環(huán)境監(jiān)測部門的重要任務。目前對環(huán)境空氣質(zhì)量的監(jiān)測已經(jīng)從大中城市覆蓋到了縣域城市 ,在縣城中已經(jīng)實現(xiàn)了環(huán)境空氣質(zhì)量的自動監(jiān)測。目前我國的環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測已經(jīng)實行有些年頭 ,在發(fā)展的過程中取得了一定的成績 ,但是還存在許多的不足。目前我國的環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測手段與國 外相比 ,還存在很大的差距 ,環(huán)境監(jiān)測管理方法還需要進一步完善。論文主要探討了我國環(huán)境空氣質(zhì)量自動監(jiān)測的現(xiàn)狀 ,并對其未來發(fā)展趨勢做了簡要論述。 傳統(tǒng)的溫度監(jiān)測系統(tǒng)大多采用人工測量或在測量點與監(jiān)控室之間鋪設電纜的有線方式，不僅耗費人力，而且具有布線不易、維護困難等缺點，對于監(jiān)測范圍廣或環(huán)境惡劣的地方往往顯得無能為力。無線傳感器網(wǎng)絡作為一種新興的信息獲取和處理技術(shù)，由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量傳感器組成，通過無線通信方式形成一個多跳自組織的網(wǎng)絡系統(tǒng)，可實時監(jiān)測、感知和采集網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內(nèi)的各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并將其發(fā) 送至終端用戶。其具有抗毀性強、監(jiān)測精度高、覆蓋區(qū)域大等特點，通常運行在人無法接近的惡劣甚至危險的遠程環(huán)境中，在軍事應用、遠程監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測、智能家庭網(wǎng)絡、搶險救災等領(lǐng)域有著廣闊的應用前景和發(fā)展?jié)摿? 無線傳感器網(wǎng)絡 (一種特殊的 由許多無線傳感器節(jié)點協(xié)同組織起來的，這些微型節(jié)點具有無線通訊、數(shù)據(jù)采集和協(xié)同合作能力，可以應用于布線和電源供給困難或人員不能到達的區(qū)域 (如受到污染、環(huán)境不能被破壞或敵對區(qū)域 )和一些臨時場合等。無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點 可以隨機或特定地布置在目標環(huán)境中，它們之間通訊通過特定的協(xié)議自組織起來，能夠獲取周圍環(huán)境的信息并且相互協(xié)同工作完成特定任務。在環(huán)境監(jiān)測、軍事、國防、工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、搶險救災、防恐反恐、危險區(qū)域遠程控制等許多重要領(lǐng)域都有潛在的使用價值，具有十分廣闊的應用前景。 開發(fā)無線傳感器網(wǎng)絡所采用的協(xié)議取決于網(wǎng)絡具體的應用范圍。 議是為家庭控制、安全系統(tǒng)、建筑自動化等方面設計的傳感器網(wǎng)絡協(xié)議。本文將會分析議的結(jié)構(gòu)并基于 議實現(xiàn)一種溫度傳感器網(wǎng)絡。 課題關(guān)鍵問題及難點： 無線傳感網(wǎng)絡；全功能模塊； 1：了解 相關(guān)理論和技術(shù)以及研究現(xiàn)狀和應用情況； 2：根究調(diào)研情況，提出合理的設計方案； 3：完成硬件的選擇 4:軟件的 程序編寫與調(diào)試 擬采取的方式、方法及計劃進程安排（主要技術(shù)路線）： 了解 先給出了 及 著給出了 并介紹了 硬件設計。主要描述了利用單片機解決 括 軟件設計。主要采用匯編語言來編寫程序，其中包括流程圖的繪制以及各子程序的分析。 系統(tǒng)性能測試。本章主要對硬件電路在實際應用中的性能測試進行分析。 。S Z 0 5 - Z B E E 嵌 入式 無 線 通 信 模 塊M C U ( S T C 1 2 A 3 2 S 2 )上 位 機 P D 指 示 電 路D S 3 2 3 1 時 鐘 電 路L C D 顯 示 電 路 初 始 化 程 序開 始W D 等 待否是 否 有 中斷 產(chǎn) 生執(zhí) 行 中 斷 子 程 序退 出 中 斷是參考文獻： [1]呂志安 絡原理與應用開發(fā) [M]航天大學出版社， 2008,02. [2]李文仲． 線網(wǎng)絡技術(shù)入門與實戰(zhàn) [M]. 北京航空航天大學出版社 ,2008， 07. [3]李文忠，段朝玉 線網(wǎng)絡與無線定位實戰(zhàn) [M]. 北京航空航天大學出版社 ,2008， 01. [4]鐘艮林． 線傳感器網(wǎng)絡的設計與實現(xiàn) [J]. 科技信息 , 2009,09(31)： 71[5]于海，高繼森 . 基于 辦公樓溫度檢測技術(shù) [J]2009,03(3)： 92[6]上海順舟網(wǎng)絡科技有限公司．順舟科技 線通信模塊 [J]2004,04. [7]吳輝 ,于軍琪 溫室房間溫度傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù) [J]2009， 04(4)： 158 [8]馬永強 ,李 靜強 ,馮立營 . 基于 術(shù)的射頻芯片 ]2008,09. [9] 李文仲 ,段朝玉 . 片機與 線網(wǎng)絡實戰(zhàn) [M]北京航空航天大學出版社 ,2007. [10]張寧 ,王越 ,王東 . 基于精簡協(xié)議棧的 絡節(jié)點研究 [J]2009,02（ 2）： 76[11]陳森 ,朱浩 ,金巖華 . 基于 術(shù)的井下定位系統(tǒng)設計 [J]2009， 25(2 27[12] F B) 20 007[L]. [13]of ]. 009,10:454–462. [14]ES ]009, 16(3): 89[15]ee 2006． [16]Y W ]. 2006(4):1195–1199. 指導教師意見： 教師簽名： 年 月 日 指導小組 (教研室 )意見： 組長簽名： 年 月 日