开题报告修改稿(无线温湿度传感器监测节点)

毕业设计开题报告 学学 生生 姓姓 名名 裕 学学 号 号 学学 院院 系系 信息与通信工程学院 专专 业业 电气工程及其自动化 设设 计计 题题 目目 无线温湿度传感器监测节点设计 指指 导导 教教 师师 年 月 日 毕毕 业业 设设 计计 开开 题题 报报 告告 1 结合毕业设计情况 根据所查阅的文献资料 撰写 2000 字左右的文 献综述 文文 献献 综综 述述 一 课题的研究背景及研究意义 温室的环境温湿度控制与管理是影响生产过程的重要因素 在工业生产领域的现 场 温湿度的准确测试有着广泛的意义 1 2 此系统设计的目的在于对温室的温湿度监 测实现自动化 科学化 通过分析监测数据 结合农作物生长发育的规律 控制环境 条件 使农作物在不适宜生长发育的反季节中获得比自然条件下室外生长更优良的环 境 实现对农作物的优质 高产 季节的控制 3 4 目前 基于现场总线技术的监测系统 信号的传输方式为有线传输 由于布线复 杂 温室的湿度高 空气具有一定的腐蚀性 对系统的可靠性和抗干扰性提出了更高 的要求 增加了维护难度 采用无线数据传输方式能很好的解决这一问题 5 6 7 因此 在现代化大型温室中 实现测控系统的无线化和网络化是目前该领域的重要研究课题 之一 为了解决温室测控系统中存在的有线布网 人工测量等问题 将无线传感器网 络技术应用到温室温湿度监控系统中 对实现现代化温室的网络信息化管理和提升温 室生产水平具有重要意义 8 9 由于从国外引进的自动温湿度测控系统的侧重点与我国的气候特征不相匹配 而 且引进投资高 运行维护费用高 很难在我国推广应用 目前 我国大棚种植的温湿 度测量和设施的操作大多仍然由人工来完成 当温室较大时 操作人员的劳动强度增 加 10 因此 设计适应我国气候条件的低成本高效益的温湿度无线监测系统 对提高 我国温室产业的经济效益有重要意义 11 温 湿度作为工业生产中常见的被控参数 温度和湿度不再是独立的量 而应在 系统集成中综合考虑 利用单片机对温湿度进行控制 具有控温 湿精度高 功能强 体积小 价格低 简单灵活等优点 12 二 二 国内外研究现状 无线传感网络技术是典型的具有交叉学科性质的军民两用战略高技术 可以广泛 应用于 GF 军事 国家安全 环境科学 交通管理 灾害预测 医疗卫生 制造业 城市信息化建设等领域 13 无线传感器网络 WSNs 是由许多功能相同或不同 各异 的无线传感器节点组成 每个传感器节点由数据采集模块 传感器 A D 转换器 数据 处理和控制模块 微处理器 存储器 通信模块 无线收发器 和供电模块 电池 DC AC 能量转换器 等组成 14 近期微电子机械加工 MEMS 技术的发展为传感器的微型化提 供了可能 微处理技术的发展促进了传感器的智能化 通过 MEMS 技术和射频 RF 通信 技术的融合促进了无线传感器及其网络的诞生 传统的传感器正逐步实现微型化 智 能化 信息化 网络化正经历着一个从传统传感器 Dumb Sensor 智能传感器 Smart Sensor 嵌入式 Web 传感器 Embedded Web Sensor 的内涵不断丰富的发展过程 国际上比较有代表性和影响力的无线传感网络实用和研发项目有遥控战场传感器 系统 REMBASS Remote Battlefield Sensor System 网络中心战 NCW 及灵巧传感器网 络 SSW 智能尘 smart dust Inte Mote Smart Its 项目 SensIT SeaWeb 行为习 性监控 Habitat Monitoring 项目 英国国家网格等 尤其是今年 2012 年 最新试制成 功的低成本美军 狼群 地面无线传感器网络标志着电子战领域技战术的最新突破 美国俄亥俄州正在开发 沙地直线 A Line intheSand 无线传感器网络系统 这个系统 能够散射电子绊网 tripwires 到任何地方 以侦测运动的高金属含量目标 美日等发达国 家对该技术在民用领域进行了应用 我国现代意义的无线传感网及其应用研究几乎与发达国家同步启动 1999 年首次 正式出现于中国科学院 知识创新工程试点领域方向研究 的信息与自动化领域研究 报告中 作为该领域提出的五个重大项目之一 随着知识创新工程试点工作的深入 2001 年中科院依托上海微系统所成立微系统研究与发展中心 引领院内的相关工作 并 通过该中心在无线传感网的方向上陆续部署了若干重大研究项目和方向性项目 参加 单位包括上海微系统所 声学所 微电子所 半导体所 电子所 软件所 中科大等 十余个校所 初步建立传感网络系统研究平台 在无线智能传感网络通信技术 微型传感 器 传感器节点 簇点和应用系统等方面取得很大的进展 2004 年 9 月相关成果在北 京进行了大规模外场演示 部分成果已在实际工程系统中使用 国内的许多高校也掀起了无线传感器网络的研究热潮 清华大学 中国科技大学 浙江大学 华中科技大学 天津大学 南开大学 北京邮电大学 东北大学 西北工 业大学 西南交通大学 沈阳理工大学和上海交通大学等单位纷纷开展了有关无线传 感器网络方面的基础研究工作 一些企业如中兴通讯公司等单位也加入无线传感器网 络研究的行列 传感网在民用方面涉及城市公共安全 公共卫生 安全生产 智能交通 智能家 居 环境监控等领域 国内从事传感网应用的大企业目前为数不多 小企业呈现蓬勃 发展的势头 北京鼎天软件有限公司 主要从事城市公共安全应急指挥系统建设 已 经承担扬州电子政务和扬州应急指挥系统 上海电器科学研究院主要从事智能交通方 面的工程 已经承担上海市内 外环智能交通工程 嘉兴中科无线传感网科技有限公 司在数字航道 城市应急系统 机场监控等方面有较好的技术背景 相关项目工程正在 进行中 沈阳东软 北大青鸟 亿阳信通等企业也传感网应用方面有所涉足 目前主要 在电子政务方面 正在向公共安全应急指挥系统进发 目前在我国国内的农业领域还没 有应用到 ZigBee 技术 传统农业主要使用孤立的 没有通信能力的机械设备和传感设 备 主要依靠人力监测作物的生长状况 采用了传感器和 ZigBee 网络以后 农业将可以 逐渐地转向以信息和软件为中心的生产模式 使用更多的自动化 网络化 智能化和远 程控制的设备来耕种 传感器可能收集包括土壤湿度 氮浓度 pH 值 降水量 温度 空气湿度和气压等信息 这些信息和采集信息的地理位置经由 ZigBee 网络传送到中央 控制设备供农民决策和参考 这样农民能够及早而且准确地发现问题 从而有助于保 持并提高农作物的产量 15 参考文献参考文献 1 刘丙友 凌有铸 基于单片机 AT89C52 的多路温 湿度测试系统 1001 9944 2007 2 缪瑾 西山水泥厂 MCS51 单片机多点温度控制应用系统 中国水运报 2008 6 1 1 2 3 郭艳玲 陈利军 基于 AT89C52 单片机的温湿度控制采集系统 1001 4462 2007 4 李丽敏 张玲玉 玄子玉等 单片机温度测控系统设计 佳木斯大学学报 2008 26 1 1 3 5 刘凤鹍 陈玲玲 基于 zigbee 的养殖场无线温湿度监测系统 吉林化工学院学报 2009 26 3 1 3 6 龚怡恒 基于 ZigBee 技术的无线温湿度采集系统设计 南京邮电大学学报 2011 6 1 3 7 庞娜 程德福 基于 ZigBee 无线传感器网络的温室监测系统设计 吉林大学学报 2010 28 1 1 2 8 曹俊琴 冯家鹏 张爱宝 基于单片机的多通道温度精确采集系统设计 太原科技大 学学报 2008 147 2 1 3 9 尹航 张奇松 程志林 基于 ZigBee 无线网络的温湿度监测系统 杭州电子科技大学 学报 2008 25 11 2 3 10 王宝芹 范长胜 郭艳玲 基于单片机的温室温湿度控制系统设计 东北林业大学学 报 2008 36 3 2 3 11 蒋毅 洪伟 基于单片机的微型温度测量模块技术 北京 总后军需装备研究所 12 李俊 基于单片机的温湿度检测与控制系统研究 13 伍文平 唐一禄 段江春 基于单片机的无线温度监测网络设计 14 谭瑞 童子权 基于 Zigbee 无线传感网络的环境监测系统 哈尔滨理工大学学报 2008 25 3 1 15 宁文超 试论单片机在温度测控方面的应用 中国计量学院院报 2008 11 2 1 2 16 Wang Xiao and kan Zai Shou Design and Research of Heating Furnace Fuzzy Control System Based on PIC16F877 MCU 17 Grisha Spasov temperature and humidity measurements 18 Minli Tang and Hengyu Wu The Design and facture of a Digital temperature controller Based on 78F9234 Single 毕毕 业业 设设 计计 开开 题题 报报 告告 本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段 途径 一 要研究和解决的问题 检索资料了解国内外研究现状 熟悉数据采集电路 构建温室温湿度无线数据采 集和传输系统 要求利用性价比相对高的单片机 无线射频模块进行采集电路和无线 发射电路的设计 实现数据的长距离传送 从而达到温室温湿度无线监测的目的 二 拟采用的研究手段 1 设计思想 以单片机为核心的控制系统 多点温湿度数据采集 组成多点温湿度测量的巡回 检测系统 使用实际的温湿度控制形式实现对温湿度的控制 并且可以通过键盘实现 对于不同农作物培养所需温湿度的上下限控制 并且同步显示于显示部分 显示内容 为当前温湿度 以及温湿度上下限 2 功能要求 1 需要满足常规数据采集系统的要求 应具有及时 准确等功能 方便用户实时 查询 获知温室内的农作物生长环境 2 无线传感器节点适应高湿度环境长期工作 3 扩展性好 由于农作物环境各不相同 所以远程监控网络监测的环境参数也各 不相同 传感器的类型也需根据实际需要而定 因此节点的传感器接口需灵活设定 4 具有报警功能 当某个参数超过该设定值时 发出警报通知管理员和用户 从 而 采取相应措施 3 设计方案 使用 C8051f 系列单片机进行数据处理及控制 采用 SHT 系列温湿度传感器 无线 通信模块采用 CC2420 进行无线数据传输 方案原理图如图 1 所示 四路 图 1 方案原理图 4 器件选型 单片机选择 C8051f340 单片机 该单片机特点 1 高速流水线结构的 8051 兼容的 CIP 51 内核 最高 48 MIPS 执行速度 2 全速非侵入式的系统调试接口 片内 C2 接口 3 真正 10 位 200ksps 的多通道单端 差分 ADC 带模拟多路器 4 高精度可编程的 12MHz 内部震荡器 5 64KB 字节可在系统编程的 FLASH 存储器 6 4352 4096 256 字节的片内 RAM 7 USB 2 0 通信接口 支持全速 12Mbps 通信和低速 1 5Mbps 通信 8 硬件实现的 SPI SMBus IIC 和 2 个 UART 串行接口 9 4 个通用的 16 位定时器 10 具有 5 个捕捉 比较模块的可编程计数器 定时器阵列 11 片内上电复位 看门狗定时器 2 个电压比较器 VDD 监视器和温度传感器 12 40 个 I O 端口 13 40 85 度工业级温度范围 14 2 7V 3 6V 工作电压 TQFP48 封装 温湿度传感器 单片机 C8051f340 无线通信模块 CC2420 传感器选择 DHT11 传感器 DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器 它 应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术 确保产品具有极高的可靠性与卓越 的长期稳定性 传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件 并与一个高性能 8位单片机相连接 因此该产品具有品质卓越 超快响应 抗干扰能力强 性价比极高 等优点 每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准 校准系数以程序的 形式储存在OTP内存中 传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数 单 线制串行接口 使系统集成变得简易快捷 超小的体积 极低的功耗 信号传输距离 可达20米以上 使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则 产品为4 针 单排引脚封装 连接方便 特殊封装形式可根据用户需求而提供 图2 DHT11温湿度传感器 表一 DHT11温湿度传感器性能参数 无线通信模块选择 CC2420 无线芯片 CC2420 是 Chipcon 公司推出的首款符合 2 4GHz IEEE802 15 4 标准的射频收发器 工作于免授权的 2 4GHz 频段 该芯片包括众多额外功能 是第一款符合 ZigBee 技术 的高集成度工业用射频收发器件 它基于 Chipcon 公司的 SmartRF03 技术 以 O 181xmCMOS 工艺制成 只需极少外部元器件 性能稳定且功耗