毕业论文范文——基于无线网络的家居空气质量多点实时监测及评估系统

基于无线网络的家居空气质量多点实时监测及评估系统摘要：随着社会进步生活水平的提高，人们更加注重家居环境的质量，家居空气质量也至关重要。人们无法准确感知判定空气质量的变化和好坏，基于这个问题，设计了一套家居空气质量多点实时无线监测及评估系统。并且详细阐述了系统的整体结构框架和实现方案。系统主要采用主从多式结构，系统包括从机、控制主机。从机节点和控制主机组成ZigBee无线传感器网络，实现各节点之间的数据通信，无线传感器网络包括传感器节点和网关节点。传感器节点和网关节点都以cc2530位核心搭建，从机传感器节点采集温度数据、空气环境数据实时发送到主机网关节点并由网关节点汇总，主控机结合监测数据判定出家居空气总体质量状态和污染级别并显示，实现状态监测和报警。关键词：ZigBee、无线传感器网络通信、cc25300引言：随着生活水平的提高，大气污染严重，人们对家居空气质量的关注也越来越广泛。但是人们无法准确感知判定家居空气质量的变化和好坏，基于这个问题，我们设计了一套基于ZigBee技术的家居空气质量实时多点无线监测系统，并且制定了一种空气质量评估方法。该系统成本低，功耗小，操作简单，实时性良好。通过该系统可以对家居卧室、客厅、阳台及卫生间等居室内空气质量及温度进行实时监测，根据评估方法判定出家居空气总体质量状况和空气污染级别，实现家居空气质量实时监测及报警，以提醒人们进行空气通风和净化操作，保证家居空气质量良好。1总体概述整个系统由智能家居的网关和zigbee无线网络组成，主要实现对家居各个环境内的空气质量和温度的监测，系统主要有从机和控制主机两部分，从机和控制主机组成ZigBee无线传感器网络，实现各节点之间的数据通信。ZigBee网络有星型网络拓扑结构、树状网络拓扑结构、网状网络拓扑结构3种类型网络拓扑结构。星型网络拓扑结构的终端节点需要在网关节点的范围内，覆盖面积受限制；网状网络拓扑结构有覆盖面积广可靠性高的优点，但也有管理复杂，电池消耗量大的缺点【1】。本系统监测范围较小所以选择星型网络拓扑结构来组建ZigBee无线通信网络。硬件方面，无线传感器网络包括传感器节点和网关节点，传感器节点在从机上包括终端节点和路由节点，终端节点负责采集空气中各气体体积分数数据和温度数据，传送至路由节点，再由路由节点采用多跳方式实现数据传输【2】，传送至主机的网关节点，网关节点对数据进行汇总，主机实现对数据的接受、判定划分、储存和显示。 图1 家居空气质量实时多点监测系统结构 2从机设计2.1硬件设计从机主要为传感器节点包括供电模块、无线微控制器模块、传感器模块、模/数转换模块。供电模块采用干电池对节点供电。无线微控制器模块采用TI公司生产的CC2530芯片作为控制器，CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee应用的一个真正的片上系统解决方案。它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点，是标准的增强型8051，并结合德州仪器的业界领先的黄金单元ZigBee协议栈（Z-Stack），提供了一个强大和完整的ZigBee 解决方案。CC2530 具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。运行模式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。传感器模块采用TGS2600气体传感器和DS18B20温度传感器。TGS2600 对低浓度香烟污染物，像H2、CO或炊事臭味有很高的灵敏度，它有寿命长，功耗小的特点。 这种传感器是电阻型器件，传感器敏感元件由一个以金属铝做衬底的金属氧化物敏感芯片和一个完整的加热器组成。在检测气体时, 传感器的传导率依赖于空气中气体浓度的变化。以空气清洁时的传感器电阻值为基准，与实时传感器电阻值进行比较，利用相对值变化来检测空气的污染程度。 图2传感器内部电路图DS18B20温度传感器是一个单总线数字温度传感器，它直接采集温度并转换成数字量，仅需一个端口引脚进行双向通讯，1脚接地，2脚为数据输入/输出脚。对于单线操作，漏极开路。3脚为可选的VDD引脚，R87将数据输入/输出脚上拉，由于SPCE061A为标准I/O，故须设置为输入和输出。使用单线输入/输出操作需要频繁地修改I/O的输入/输出属性，只要软件里做较多工作就可以了。 2.2软件设计传感器节点3、主机设计在测量苯、甲醛、氢气、一氧化碳等有害气体方面，国外较有名的检测仪器有：美、国ESC公司的z-300甲醛检测仪、英国ppm公司生产的ppm-400甲醛检测仪；国内有：江苏安普电子工程有限公司生产的400型甲醛分析仪、北京宾达绿创科技有限公司生产的甲醛测定仪抑-308等。 关于一氧化碳检测仪，现在有泵吸式一氧化碳检测仪TEST-4，它具有非常清晰的大液晶显示屏，声光报警提示，带内置泵，保证在各种环境下也可以检测危险气体并及时提示人们。GA10型 便携式一氧化碳气体检测仪，但是这种检测仪一般适用于工厂使用，在报警时或许会对家庭生活带来影响，并且价值较大造成浪费。国产的有GT100固定式一氧化碳气体检测仪、GT200智能型一氧化碳气体检测仪、GTB20单点壁挂式一氧化碳气体检测仪。这些仪器都可以实现对有害气体的监测，但大都适用于专业检测机构或实验研究机构，、工厂生产。克准确测定氨气，一氧化碳，甲醛，苯等有害气体的设备价格昂贵，测定时间较长隔一段时间需进行重新标定需要专业人员操作，难以连续测定；国内外产品的设计差异主要实在监测传感器和控制芯片的选用，操作方面国外产品操作界面较方便，功能更加完备。2.3家居空气质量检测的发展趋势3总结 ： 为了可以准确感知判定室内空气质量的变化和好坏，基于这个问题，我们设计了一套家居空气质量实时多点无线监测系统，通过该系统可以对家居卧室、客厅、阳台及卫生间等居室内空气质量及温度进行实时监测，并通过无线通信方式将各点监测数据发送至主控机，主控机结合监测数据各因素，判定出家居空气总体质量状况和空气污染级别，实现家居空气质量及环境的状态监测和报警，并可以提供家居空气总体状况评估及通风、净化控制信号。 在本次设计的设计过程中，我们对自己以前学过的知识进行回顾和综合应用。除此之外还能激励自己学习以前没有接触过的东西。例如ZigBee无线网络技术，通过学习我们了解了ZigBee的技术优势、网络结构、设备类型、传输类型、应用项目等知识，设计中需实现多个节点的数据收集和传输因此我们也很好的掌握了采用ZigBee技术做无线传输的知识。虽然我们以前学过51系列的单片机，但是cc2530单片机还是第一次接触，对它并不熟悉，所以我们就需要花大量的时间去了解它的功能和编程方法。另外我们也掌握了TGS2600空气传感器在空气质量检测中的使用方法。同时还有一些芯片的使用和软件的设计，接触到了许多以前并没有见过的元器件，通过资料的查询，我们了解了它的内部结构和使用方法，与此同时我们还学习了焊接方面的知识。 通过课题小组成员的共同努力我们完成了课题，学习到了新知识，开阔了眼界，有了一定的资料查询能力和小组合作能力，受益匪浅。4参考文献1上官金霞，室内便携式智