智能坏境监控系统设计-开题报告

开题报告毕业设计（论文）开题报告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述文献综述1研究背景无线传感器网络(WirelessSensorNetwork，WSN)是当前国际上备受关注的由多学科交叉的新兴前沿研究热点领域1。无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价小型或微型无线传感器网络节点组成,通过无线通信方式形成一个多跳的自组织智能网络系统2。传感器网络综合了传感器技术、嵌入式计算技术、无线网络通信技术、分布式信息处理技术以及微机电技术等，能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象的信息，通过嵌入式系统对信息进行处理，并通过随机自组织无线通信网络以多跳中继方式将信息传送到终端用户，从而实现无处不在的计算理念3。其应用前景非常广阔,现正逐步深入到人类生活的各个领域,比如国防军事、反恐抗灾、环境监测、交通管理、工程安全、医疗护理、建筑结构、健康监测等。环境监测控制是一类典型的无线传感器网络应用,早在2002年英特尔公司就率先在俄勒冈州建立了世界上第一个无线葡萄园，并获得了成功4。环境监测系统帮助管理人员对设备和现场进行实时监控，预防故障发生或在故障发生后能提供及时的资料。自动监测系统可以减少配备人员的数量并提高监测业务的效率。现有自动监测系统大都采用有线技术进行传感器网络的组建。这类方案扩展性能差，布线烦琐，线路容易老化，更换起来也十分不方便。采用无线方式构建环境监测系统，则可以避免这些不必要的麻烦。而且，无线方式相对灵活，只要在有效范围内，传感器终端可以依据要求随意安放5。ZigBee是一种新兴的近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的无线网络技术，主要用于近距离无线连接传输。它依据IEEE802.15.4标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这种技术在楼宇自动化、工业监控领域具有非常广阔的市场空间6。因此，基于ZigBee的智能环境监控系统的设计在环境监控中有很大的应用价值和前景。毕业设计（论文）开题报告2课题概述本课题从环境监控的应用考虑，开发一个智能环境监控系统。通过温度、光照传感器进行对环境数据信息的采集，采集到的数据经过ZigBee协议的CC2430芯片进行和预设的温度、光照范围进行比较，如果超出预设值，则启动相应的执行器进行处理，直到恢复正常。同时通过CC2430把数据发送到协调器节点，协调器节点通过串口把数据发到PC机，PC机有一个上位机软件，可以查看每个节点的运行状态，网络的拓扑图以及各个节点的历史数据，设置环境参数的范围，如温度的上下限等。同时，软件可以人为的打开或关闭节点执行器。3国内外研究发展现状目前，由传感器、微处理器和无线通信接口组成的无线传感器网络得到了空前的发展。由大量的无线传感网节点自组织组成的无线传感网能够广泛应用于环境科学、医疗健康、空间探索、智能家居、军事、交通、采矿和灾难拯救等各个领域，无线传感网已成为下一代“计算无处不在”的关键技术。很多人都认为，这项技术的重要性可与因特网相媲美。美国商业周刊和MIT技术评论在预测未来技术发展的报告中，分别将无线传感网列为21世纪最有影响的21项技术和改变世界的10大技术之一7。(1)无线传感器国外发展现状传感器网络的研究起步于20世纪90年代末期。从2000年起，国际上开始出现一些有关传感器网络研究结果的报道。目前传感器网络已经引起了世界许多国家的军事部门、工业界和学术界的极大关注。美国自然科学基金委员会2003年制定了传感器网络研究计划，投资3400万美元，支持相关基础理论的研究。美国很多大学都已开展传感器网络的研究，其中最具代表性的是加州大学伯克利分校和Intel公司联合成立的“智能尘埃”实验室，它的目标是为美国军方提供能够在一立方毫米的体积内能自动感知和通信设备原型的研制。(2)无线传感器国内发展现状我国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。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网的研究热潮。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网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网研究的行列7。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7。(3)国内外环境监测无线传感器网络的系统设计与应用在研究环境监测时，一些研究通过传统方式采集原始数据时很困难，而无线传感器网络对其研究则提供了方便。应用于环境监测的传感器网络，一般具有部署简单、便宜、长期不需要更换电池、无需派人现场维护的优点。通过密集的节点布置，可以观察到微观的环境因素。WSN非常适合于自然环境中的灾害预警、生态监测及特定对象的数量监测等方面的应用。这类应用一般需要大地理范围的网络部署，很多项目都需要较长周期的数据获取8。国内外对温室环境控制技术的研究较早，始于上世纪70年代，先是采用模拟式的组合仪表，采集现场信息并进行指示、记录和控制。80年代末出现了分布式控制系统，现阶段开发和研究集中于计算机数据采集控制系统的多因子综合控制系统、多数据融合技术等。目前，世界各国的环境控制技术发展很快，一些国家在实现自动化的基础上正向着完全自动化、无人化的方向发展9。环境监控应用的典型案例有：夏威夷大学在夏威夷火山国家公园部署了WSN进行生态环境监测，用来监测那些濒临灭种的植物所在地的微小气候变化，以揭示为何特定物种只能生存在某些特定环境中10。韩国研究人员ByungrakSon,Yong-SorkHer,KyuwonShim将WSN部署到山地旅游区，来监测旅游者的数目11。监测海燕生存环境及其在气候变化时行为的GDI项目12。该系统将传感器获取的温度、湿度和气压等环境信息以多跳路由的方式发送到监测管理中心，管理中心使用这些信息可以在不干扰野生动植物正常生活的情况下监视其活动和生存环境。美国学者RichardBeckwith,DanTeibel,PatBowen将无线传感器网络放置在葡萄园中13。通过对葡萄园环境的监测来提高作物的品质。研究者通过与农业领域的专家合作，分析了湿度、温度和病虫害对葡萄成熟度和品质的影响。澳洲的科学家利用无线传感器网络来探测北澳大利亚蟾蜍的分布情况14。由于蟾蜍的叫声响亮而独特，因此利用声音作为检测特征非常有效。科研人员将采集到的信号在节点上就地处理，然后将处理后的少量结果数据发挥控制中心。通过处理，就可以大致了解蟾蜍的分布、栖息情况。美国研究者F.J.Pierce,T.V.Elliott在华盛顿东部的农场部署了环境监测无线传感器网络15。该系统除了自身的监测功能外还与相应的控制系统相结合，当测得的环境温度低于某个预先设定的临界值时，系统可以自动启动温控设备，防止出现冻害。国内中国矿业大学学者王晓东、赵晓光等研制了用于煤矿环境监测的环境监测的无线传感器网络系统16。该系统基于加州大学伯克利分校的TMoteSKY节点和TinyOS操作系统，可以用来监测煤矿内部的环境变化，同时还能实现矿工的定位。重庆大学的研究者王韬、苏勤亮、唐松、唐浦钊将无线传感器网络应用到了西双版纳的自然保护区内17。该系统结合了GPRS、GIS、红外夜视和GPS等技术，实现了自然保护区生态环境信息的监测、动物活动路线规律的跟踪、新动物的发现、火灾等自然灾害的预警、以及巡护管理等功能。上海交通大学自动化系18基于气体污染源浓度衰减模型，开展了气体源预估定位系统。电子科技大学、中国空气动力研究与发展中心以及北京航天指挥控制中心的研究人员，利用无线传感器网络进行大型风洞测控环境的监测，对旋转机构，气源系统、风洞运行系统，以及其他没有基础设施而有线传感器系统安装又不方便或不安全的应用环境进行全方位检测18。武汉理工大学开展了无线传感器网络在火车车厢环境中的测控应用，对车厢内的空气质量、安全隐患等等进行全程检测18。北京市科委计划项目“蔬菜生产智能网络传感器体系研究与应用”正式把农用无线传感器网络示范应用于温室蔬菜生产中。在温室环境里单个温室即可成为无线传感器网络的一个测量控制区，采用不同的传感器节点构成无线网络来测量土壤湿度、土壤成分、pH值、降水量、温度、空气湿度和气压、光照强度、CO2浓度等，来获得农作物生长的最佳条件，为温室精准调控提供科学依据。最终使温室中传感器、执行机构标准化、数字化、网络化，从而达到增加作物产量、提高经济效益的目的18。近几年随着无线传感器网络的不断发展，以及软硬件设备的逐渐成熟。世界范围内环境监控领域无线传感器网络的应用越来越广泛，新技术和新想法不断涌现，相信在环境和农业监控领域会有广泛的应用前景。4对于智能环境监控系统研究的思考本课题从环境监控系统设计出发。通过分布在环境中的微型传感器节点，采集环境的参数，判断环境的参数是否发生异常。如果环境参数超出预设值，则通过打开相应执行器使环境参数恢复正常。处理速度较快的CC2430芯片实现将信息采集节点的数据进行接收处理，判断是否要自动打开执行器，并采用ZigBee协议将处理后的信息及时发送到协调器节点，协调器节点把数据发送到PC上位机软件。工作人员可以通过上位机软件看到环境的整体参数和各个节点各自的参数情况、网络的拓扑，还可以设定环境的参数，人为的打开或关闭各节点的执行器。智能环境监控系统的研究不需要昂贵的设备和复杂的布线，却能很好的实现环境的智能控制，能让研究人员精确知道环境变化，无需派人现场维护，具有很实际的应用价值，为环境监测提供了一个智能化、简单化、信息化的设计。5参考文献1刘永强,郑宾.用于环境监测的无线传感器网络节点设计J.数字通信世界,2008年:81-83.2杨光,杨波.面向环境监测的无线传感器网络节点设计.单片机与嵌入式系统应用,2008年,第3期:38-40.3蒋勋,邹坚敏.无线传感器技术与展望J.无锡南阳学院学报,2007年6月,第6卷第2期:30-32.4李战明,李泉,殷培峰.基于Zigbee的环境监测无线传感器网络节点设计J.电子测量技术,2010年06月,第33卷第6期:188-122.5杨京.ZibBee技术在远程监控系统的应用研究D.武汉科技大学,2010年5月.6王素红.基于Zigbee标准的无线传感器网络监控系统设计J.网络与通信,2008年9月18日:72-74.7顾振宇.无线传感网国内外现状OL.2010年09.14/publish/portal0/tab1023/info5999.htm8何成平.基于无线传感网络的设施农业智能监控系统J.常州轻工职业技术学院学报，2009年12月:22-27.9荆琦,唐礼勇,陈洲峰,王昭.无线传感器网络应用支撑技术研究J.计算机科学，2008,35(3):22-26.10EdoardoBiagioni,KimBridges.TheApplicationofRemoteSensorTechnologytoAssistTheRecoveryofRareAndEndangeredSpeciesJ.InternationalJournalofHighPerformanceComputingApplications,Vol.16,No.3(2002),315-324.11ByungrakSon,Yong-SorkHer,KyuwonShim,Jung-GyuKin.DevelopmentofanAutomaticPeople-CoutingandEnvironmentMonitoringSystemBasedonWirelessSensorNetworkinRealTime;TorealizeinKoreaMountainsJ.In:2007InternationalConferenceonMultimediaandUbiquitousEnginerring(MUE07),579-58412MainwaringA,PolastreJ,etal.WirelesssensornetworksforhabitatmonitoringJ.In:ACMInterWorkshoponWirelessSensorNetworksandApplications(WSNA02),Atlanta,GA,2002,88-9713RichardBeckwith,DanTeibel,PatBowen.UnwiredWine:SensorNetworksinVineyardsJ.Sensors,2004.ProceedingsofIEEE,561-56414WenHu,ChunTungChou,AndrewTaylor,VanNghiaTran,SanjayJha.TheDesignandEvaluationofaHybridSensorNetworkforCane-toadMonitoringJ.ACMTransactiononSensorNetworks,2007,1-3015F.J.Pierce,T.V.Elliott.Regionalandon-farmwirelesssensornetworksforagriculturalsystemsinEasternWashingtonJ.Computersandelectronicsinagriculture61(2008),32-4316XiaodongWang,XiaoguangZhao,ZizeLiang,MinTan.DeployingaWirelessSensorNetworkontheCoalMines.In:Proceedingofthe2007IEEEInternationalConferenceonNetworkingJ,SensingandControl,London,UK,15-17April2007,324-32817王韬,苏勤亮,唐松,唐浦钊.自然保护区生态多样性监测系统研究J.计算机应用.2007,27(6):400-40518CEC控制工程.无线传感器网络的应用趋势OL.2010年12月./cec/cn/newsinfo.aspx?pid=42824毕业设计（论文）开题报告2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）1智能环境监控系统设计方案电源模块温度采集模块（DS18B20）光照采集模块（光敏电阻）处理器模块无线射频模块（CC2430）温度执行器（风扇）光照执行器（台灯）协调器（CC2430）用户界面（上位机软件）WSN串口无线传感器节点图2-1智能环境监控系统设计框图如图2-1，智能环境监控系统分为硬件部分和软件部分。硬件部分主要是无线传感器网络节点。节点根据采集到的数据进行判断环境参数是否异常，如果异常则启动执行器使环境参数恢复到预设值。同时节点把数据发送给网络协调器，由网络协调器把数据整合通过串口发送到上位机软件。上位机软件对接收到的数据进行显示，记录各个时间的环境参数变化。用户可以通过上位机软件设定环境参数的上下限，手动的打开或关闭执行器。温度采集模块利用灵敏传感器精确采集温度信号，经过A/D转换成数字信号以电信号的形式通过导线传送给单片机。光照采集模块利用光敏电阻对环境光照的敏感变化，当环境光照发生变化时，光敏电阻的阻值就会变化。经光敏电阻与单片机相连，可以测出引脚上的电流发生变化，经过A/D转换得到环境的光照值。执行器模块受处理器模块控制，若环境参数出现异常，处理器控制模块启动执行器使环境恢复正常。2问题以及拟定的解决方案对智能环境监控系统设计的开发包括三个方面：硬件的设计和嵌入式代码的编写、上位机软件的开发以及软硬件的调试。问题一：硬件的设计和嵌入式代码的编写方案：确定设计所用的模块、传感器、继电器以及执行器。采用Protel99SE制图进行电路设计与连接，将编写的程序下载至硬件模块，测试并调试，改进电路模块。使用IARWorkbench开发环境，对嵌入式程序进行和下载。问题二：上位机软件的开发方案：利用VisualC+6.0的MFC设计界面，主要利用系统集成的控件MSCom