无线传感器网络课程设计-智能电扇

1、课程设计说明书（无线传感网）题目: 智能电扇院 系： 计算机科学与工程学院专业班级： 物联网工程13-2班 学 号： 学生姓名： 指导教师： 2015 年 5 月 4 日摘要在激烈的市场竞争下，虽然电风扇具有广阔的市场空间，但不断新生产品的出现，要使产品更具市场优势，仅仅是靠传统型的电风扇是远远不够的，因此要对传统的电风扇根据市场的需要进行不断的更新，不断的改进，以使自己的产品立于不败之地。传统的电风扇较为突出的缺点是：风扇的风力大小不能根据温度的变化自动的调节风速，对于那些昼夜温差比较大的地区，这个自动调节风速就显得优其的重要了，特别是人们在熟睡时常常没有觉察到夜间是温度变化，那样既浪费电资

2、源又容易引起感冒。传统的风扇是用机械式的定时方式，机械式的定时方式常常会伴随着很大的机械运动的声音，特别是在夜间影响人们的睡眠质量，另个机械式的定时有一定的局限性，定时范围有限，而且机械式的容易坏。传统的电风扇没有远程遥控控制电风扇的功能，对平时调节风扇风速或其它对风扇的调节，而又不想走近风扇带来很多的不便。鉴于以上方面的考虑，我们需要设计一种智能电风扇控制系统来解决这些问题目录摘要11.系统分析31.1.课题背景32.系统主要硬件设计42.1总体硬件设计42.2 红外测温技术42.3 zigbee协议52.4 单片机技术63.模块设计73.1红外测温模块73.2 ZigBee节点模块73.3

3、 电机调速与控制模块设计83.3.1电机调速原理83.3.2电机控制模块硬件设计94.总结11参考文献12121. 系统分析1.1. 课题背景随着空调机在日常生活中的普遍应用，很容易想到电风扇会成为空调的社会淘汰品，其实经过市场的考验和证实，真实的并不是这样的,在空调产品的冲击也，空调产品仍然具有很强大的生命力，电风扇在市场的考验中并没有淡出市场，反而销售在不停的复苏中具有强大的发展空间。据市场调查，电风扇的不停复苏主要在以下原因：一是电风扇虽然没有空调机的强大的制冷功能，但电风扇是直接取风，风力更加温和，比较适合老年人、儿童以及体质虚弱的人使用。二是电风扇经过多年的市场使用，较符合人们的使用

4、习惯，而且结构简单、操作方便、安装简易。三是电风扇比起空调产品而言，其价格低廉，相对省电，更易的进入老百姓的家庭2. 系统主要硬件设计2.1总体硬件设计红外测温模块Zigbee传输信息单片机系统电机控制模块图2-12.2 红外测温技术了解红外测温仪的工作原理、技术指标、环境工作条件及操作和维修等是用户正确地选择和使用红外测温仪的基础。光学系统汇集其视场内的目标红外辐射能量，视场的大小由测温仪的光学零件以及位置决定。红外能量聚焦在光电探测仪上并转变为相应的电信号。该信号经过放大器和信号处理电路按照仪器内部的算法和目标发射率校正后转变为被测目标的温度值。除此之外，还应考虑目标和测温仪所在的环境条件

5、，如温度、气氛、污染和干扰等因素对性能指标的影响及修正方法一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。一切温度高于绝对零度的物体都在不停地向周围空间发出红外辐射能量。物体的红外辐射能量的大小及其按波长的分布与它的表面温度有着十分密切的关系。因此，通过对物体自身辐射的红外能量的测量，便能准确地测定它的表面温度，这就是红外辐射测温所依据的客观基础。2.3 zigbee协议zigbee无线传感器网络节点

6、要进行相互的数据交流就要有相应的无线网络协议(包括MAC层、路由、网络层、应用层等)，传统的无线协议很难适应无线传感器的低花费、低能量、高容错性等的要求，这种情况下，ZigBee协议应运而生。Zigbee的基础是IEEE 802.15.4。但IEEE仅处理低级MAC层和物理层协议，因此Zigbee联盟扩展了IEEE，对其网络层协议和API进行了标准化。Zigbee是一种新兴的短距离、低速率的无线网络技术。主要用于近距离无线连接。它有自己的协议标准，在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。这些传感器只需要很少的能量，以接力的方式通过无线电波将数据从一个传感器传到另一个传感器，所以它们的通信效率

7、非常高。Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，十分类似现有的移动通信的CDMA网或GSM网，每一个Zigbee网络数传模块类似移动网络的一个基站，在整个网络范围内，它们之间可以进行相互通信；每个网络节点间的距离可以从标准的75米，到扩展后的几百米，甚至几公里；另外整个Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。2.4 单片机技术对于单片机中央处理系统的方案设计，4KB片内E2PROM的AT89C51单片机作为中央处理器。作为整个控制系统的核心，AT89C51内部已包含了定时器、程序存储器、数据存储器等硬件，其硬件能符合整个控制系统的要求，不需要外接

8、其他存储器芯片和定时器件，方便地构成一个最小系统。整个系统结构紧凑，抗干扰能力强，性价比高。是比较合适的方案3. 模块设计3.1红外测温模块图3-13.2 ZigBee节点模块ZigBee 是一种基于标准的远程监控、控制和传感器网络应用技术。满足人们对支持低数据速率、低功耗、安全性和可靠性，而且经济高效的标准型无线网络解决方案的需求。这里使用ZigBee节点模块进行信息传输。图3-2 技术参数如下：供电电压：3.3v发色电流：38mA接收电流：26mA工作频率：2.485GHz接收灵敏度：-97dBm无线传输速率：250kbps工作温度：-30803.3 电机调速与控制模块设计 3.

9、3.1电机调速原理电机调速是整个控制系统中的一个重要的方面。通过控制双向可控硅的导通角，使输出端电压发生改变，从而使施加在电风扇的输入电压发生改变，以调节风扇的转速，实现各档位风速的无级调速。 电机调速原理 可控硅的导通条件如下： 1）阳-阴极间加正向电压； 2）控制极-阴极间加正向触发电压； 3）阳极电流IA 大于可控硅的最小维持电流IH。 电风扇的风速设为从高到低5、4、3、2、1档，各档风速都有一个限定值。在额定电压、额定功率下，以最高转速运转时，要求风叶最大圆周上的线速度不大于2150m/min。3.3.2电机控制模块硬件设计电路中采用了过零双向可控硅型光耦MOC3041 ,集光电隔离

10、、过零检测、过零触发等功能于一身,避免了输入输出通道同时控制双向可控硅触发的缺陷, 简化了输出通道隔离2驱动电路的结构。所设计的可控硅触发电路原理图见图3-3 。其中RL即为电机负载，其工作原理是:单片机响应用户的参数设置, 在I/ O 口输出一个高电平, 经反向器反向后, 送出一个低电平,使光电耦合器导通, 同时触发双向可控硅, 使工作电路导通工作。给定时间内,负载得到的功率为: n PUIN式中: P 为负载得到的功率, kW; n 为给定时间内可控硅导通的正弦波个数; N 为给定时间内交流正弦波的总个数; U 为可控硅在一个电源周期全导通时所对应的电压有效值,V; I 为可控硅在一个电源

11、周期全导通时所对应的电流有效值,A。由式(1) 可 知,当U , I , N 为定值时, 只要改变n 值的大小即可控制功率的输出,从而达到调节电机转速的目的图3-34. 总结本学期我学习了无线传感网，作为物联网的最重要的基础支撑技术，无线传感网作为一种新型的网络技术得到了广泛的关注。虽然这次课设时间短暂，但我感觉到这些天的所学胜过我这一学期所学，这次的任务原则上是设计，其实就是一次大的作业，是让我对课本知识的巩固和对基本知识的应用，使我做事的耐心和仔细程度得以提升。促使我和同学直接的讨论，相互学习。因此，我们必须认真，谨慎，踏实，一步一步完成设计。此次设计也让我明白一个道理：团队精神固然重要，但自己的努力也是必不可少，自己亲身去经历，这样自己的心里才会踏实，学到东西才会多。总体来说，本次wsn课设还是让我学习了不少，从不想学，到想学不懂，再到略懂，再到结束，一路收获不少，不但补缺了课堂上的学习漏洞，也让我对zigbee的传输原理，传感器类型等都有了深刻的了解。参考文献 1 王智, 潘