开题报告-基于ZigBee技术的环境监测系统的开发.doc

2013级本科学士学位开 题 报 告 学 院 信息科学与工程学院年 级 专 业 13级电信DB2班学 生 姓 名 学 号 指导教师姓名 2017年3月13日一、简表设计名称基于Zigbee技术的环境监测系统的开发课题来源A科研课题 （ ）B. 自选课题 （ ）课题类型A. 理论研究 （ ）B. 应用基础 （ ）C. 开发研究 （ ）开题时间2017年3月13日二、设计理论依据(包括研究意义、研究现状分析、参考文献综述)传统农业存在“靠天吃饭”的现象，农业生产的效率是非常低的，农作物的生产对环境的要求非常严格，农民对环境的监测能力有限，环境有任何问题都会影响植物的生长。为了使农业生产中的技术人员不用亲自去现场就可以实现实时采集现场设备的数据信息，也为了现代农业追求经营的利润的最大化，针对农业大棚温室环境数据信息监控特点，本文是在Zigbee技术的基础上进行无线传感器节点的开发，并且组成了现场监控无线传感器网络。本系统是以Zigbee为基础，以CC2530为芯片，Zigbee是无线网络中发展速度最快的一种技术，这个协议是由Zigbee联盟制定的，由于它具有低成本，延时短，安全性强等特点，这个协议工作在免执照的频段2.4G，不需要网络的租用费。该系统采用射频和控制器在一体的CC2530模块，软件上使用的是Zigbee2007协议栈，在Z-Stack通用模块基础上实现应用层各项功能。通过以上技术，用户可以完成温湿度，烟雾浓度，光照强度，人体红外线感应等功能的数据收集，协调器每隔一分钟将收集到的数据传给上位机，上位机将收到的数据显示并存储到数据库，可以实现长期环境检测及存储。方便用户及时了解当前及历史的环境情况，如果有什么问题可以及时解决。实验表明，整个传输过程中，并没有出现丢包的现象，而且收集到的数据都非常的准确，这表明了系统有非常好的可靠性和稳定性。参考文献综述：1 孙学岩基于ZigBee无线传感器网络的温室测控系统J仪表技术与传感器，2010， 20(8)：47492 Pottile G J. Wireless Sensor NetworksJ. IEEE Information Theory Workshop, 1998, 37(4): 1391403 Man H F, Du K M, Sun Z F. et. Design and application of ZigBee based telemonitoring system for greenhouse environment data acquisitionJ. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2009, 25(7): 1581634 王福豹，史龙，任丰原无线传感器网络中的自身定位系统和算法J软件学报，2005，16(5)：8578685 刘敏钰，吴泳，伍卫国无线传感器网络(WSN)研究J微电子学与计算机，2005，22(7)：58616 赵景宏，李英凡，许纯信ZigBee技术简介J电力系统通信，2006，27(7)：54567 丁雪莲ZigBee协议栈浅析J电脑与信息技术，2013，21(5)：18218 Gutirrez J A, Callaway E H, Barrett R L. Low-rate wireless personal area networks: enabling wireless sensors with IEEE 802.15.4J. 2003, 22(3): 12179 颜振亚，郑宝玉无线传感器网络J计算机工程与应用，2005，41(15)：2023 10 李战明，李振兴ZigBee技术在人员搜救系统中的应用J电子测量与仪器学报，2011.25(2)：186191三、研究方案1. 研究内容本项目主要是针对农业大棚的环境监测和记录，同时利用计算机和信息技术的手段，采用无线传输技术，接收测量数据，可以在移动终端进行分析数据的趋势，当农业大棚里面的环境不适合植物生长的时候，我们可以及时的处理。系统的整体设计方案主要有下位机采集数据模块、数据传输模块、和上位机接收数据模块、以及移动终端的显示模块。下位机程序设计是在IAR Embedded Workbench集成开发环境中进行的，在 TI公司提供的ZStackCC2530协议栈的基础上进行该系统应用程序的开发。这个项目里面，我们使用了四种功能的传感器，分别是：温湿度传感器，气体浓度传感器，光照强度传感器和人体感应传感器。下位机最主要的就是如何将四种传感器的数字在程序中糅合起来，可以一起发给上位机。上位机主要根据采集数据的通信协议，解析由下位机发送的数据，并将其存储至数据库，当人们需要知道历史或者当前传感器记录的时候，只需要去数据库调用就可以了。而且可以实时监控当前的数据并且显示在手机端。2. 研究方案（包括研究方法和技术路线等）系统总体设计方案：整个系统主要由数据采集模块、无线传感器网络、GPRS网络，数据收集模块组成。其中，数据采集模块主要由以CC2530为芯片的终端构成，我们把传感器接在ZigBee终端上，通过程序控制ZigBee终端设备进行数据采集，设备将采集的数据通过串口传输发至ZigBee协调器设备，采用ZigBee技术在农业大棚中进行无线组网，并将接收到的数据转发到GPRS设备上，再由GPRS网络将数据送至远程监控中心，并且将数据进行了存储，技术路线：(1)下位机程序设计。下位机程序设计使用IAR Embedded Workbench集成开发环境，在 TI公司提供的Z-Stack协议栈的基础上进行该系统应用程序的开发。对于与GPRS DTU相连接的协调器设备，系统上电后，首先进行硬件和协议栈的初始化，然后进行能量检测，选择出合适的工作参数，最后允许设备连接，启动网络。之后，协调器设备处于一直监测空中无线信号的状态，当检测到数据请求时，会接收并转发数据至串口端。(2)上位机程序设计。本系统基于Visual Studio 2013软件开发平台,显示界面可以很多种多样，可以根据自己的喜好设计使用习惯的界面。(3) 移动终端。移动端设计基于Android的应用，向上位机的服务器请求数据，包括实时数据和历史数据，以图表的形式展示，直观的显示农业大棚里面环境情况。3. 本设计的创新之处在智能农业环境监测系统中，监测现场数据采集传输的稳定性和可靠性，是决定系统正常工作的关键因素。所以在设计这个系统的时候，我们最主要解决的问题就是传输距离和信号怎么才能不减弱。我们需要用到GPRS把数据传向远方，但具体怎么才不会出现掉包的情况，也是需要我们注意的。鉴于上述情况，我们在选择设备的时候，使用的是CC2530芯片和Zigbee无线传输，在这个基础上，我们通过GPRS将协调器收集到的数据传送到上位机，Zigbee具有功耗低，成本低，数据传输速率低，网络容量大的特点。所以通过开发这个系统，我们可以远程监控各种环境情况。4.预期研究成果