中国矿业大学大学生创新项目结题

1、LOGO指指导教师导教师：徐秀：徐秀基于大气P M 2.5测量的无线传感网络技术n班班级级：网络网络12-1班班n学学生：生：邹邹宇宇驰驰n学号学号：08123537u 小小组组成成员员：成：成炜炜琳琳 党朴一党朴一 苗苗清清亮亮中国矿业大学大学生科研项目结题答辩中国矿业大学大学生科研项目结题答辩u第一部分第一部分 项目研究意义项目研究意义 u第二部分第二部分 项目研究内容与方案项目研究内容与方案 u第三部分第三部分 项目特色项目特色u第四部分第四部分 项目执行情况项目执行情况u第五部分第五部分 项目取得成果项目取得成果u第六部分第六部分 项目研究详细方案项目研究详细方案u第七部分第七部分 项

2、目经费使用情况项目经费使用情况u第八部分第八部分 项目总结项目总结n意义u 环境监测是无线传感器网络的一个重要应用领域，传统环境监环境监测是无线传感器网络的一个重要应用领域，传统环境监测方法需工作人员携带大量监测仪器赶赴监测地点长时间进行测方法需工作人员携带大量监测仪器赶赴监测地点长时间进行人工监测，使得传统环境监测面临很多如监测效率低、人力与人工监测，使得传统环境监测面临很多如监测效率低、人力与财力消耗大等诸多问题。无线传感器网络由一组传感器网络节财力消耗大等诸多问题。无线传感器网络由一组传感器网络节点组成，通过多跳自组织的方式构成无线通信网络系统，无线点组成，通过多跳自组织的方式构成无线通

3、信网络系统，无线传感技术能够通过各类集成化的微型传感器协作地实时监测、传感技术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，并传达给用户。这种感知和采集各种环境或监测对象的信息，并传达给用户。这种易用性、可靠性、抗干扰性、低功耗、低成本、互操作性、安易用性、可靠性、抗干扰性、低功耗、低成本、互操作性、安全性等特点，使监测活动展开速度快、抗破坏性强、监测精度全性等特点，使监测活动展开速度快、抗破坏性强、监测精度高、监测覆盖范围大。高、监测覆盖范围大。u 智能无线传感器网络的环境监测改变了人类与自然交互的方式智能无线传感器网络的环境监测改变了人类与自然交互的方式

4、，提高了监测现场信息的可靠性和及时性，这对实现对大面积，提高了监测现场信息的可靠性和及时性，这对实现对大面积区域实时监测及相关设备的有效控制具有重要意义。区域实时监测及相关设备的有效控制具有重要意义。u 通过此次项目使学生们了解到如何运用所学知识，如网络技术通过此次项目使学生们了解到如何运用所学知识，如网络技术、计算机应用技术、通信技术结合环境监测，掌握交叉学科运、计算机应用技术、通信技术结合环境监测，掌握交叉学科运用理论与方法，提交研究报告中详细说明应用方法及进行用理论与方法，提交研究报告中详细说明应用方法及进行PM2.5空气监测中的网络应用，提交数据分析及模拟实验结果空气监测中的网络应用，

5、提交数据分析及模拟实验结果；使同学们能够运用交叉科学解决实际问题，提高独立思维、；使同学们能够运用交叉科学解决实际问题，提高独立思维、运用科学技术解决现实问题的能力运用科学技术解决现实问题的能力一、研究项目的意义一、研究项目的意义二、项目研究内容与方案二、项目研究内容与方案节点软件设计建立在节点软件设计建立在 Zigbee协议栈开发平台之上协议栈开发平台之上，节点通信涉及串口通信协议和无线通信协议，通，节点通信涉及串口通信协议和无线通信协议，通信协议制定保证节点数据传输的安全可靠。节点具信协议制定保证节点数据传输的安全可靠。节点具备环境数据的采集、数据存储和发送、网络信息的备环境数据的采集、数

6、据存储和发送、网络信息的获取和上传、节点的管理，软件设计实现节点的这获取和上传、节点的管理，软件设计实现节点的这些功能，并通过测试完善了这些功能模块。些功能，并通过测试完善了这些功能模块。 三、项目特色三、项目特色u 1、无线传感器节点体积小，对监测的环境产生的破坏性小无线传感器节点体积小，对监测的环境产生的破坏性小。u 2、节点一次部署即可对环境进行长期的监测和无人的情况节点一次部署即可对环境进行长期的监测和无人的情况下进行监测，无须人类反复的进入监测区域，节省了大量下进行监测，无须人类反复的进入监测区域，节省了大量的资源。的资源。u 3、无线传感器节点具有简单的数据处理能力，并且数量比无线

7、传感器节点具有简单的数据处理能力，并且数量比较多，便于监测人员进行不间断全面的高精度数据采集。较多，便于监测人员进行不间断全面的高精度数据采集。u 4、无线传感器网络能够提供连续、实时、动态的各种数据无线传感器网络能够提供连续、实时、动态的各种数据，不需要任何固定网络的支持，具有快速展开，抗毁性强，不需要任何固定网络的支持，具有快速展开，抗毁性强等显著特点等显著特点;克服了过去在环境监测中存在着布线困难、成克服了过去在环境监测中存在着布线困难、成本高以及维护困难等问题。本高以及维护困难等问题。u 5、由大量节点通过无线通信技术组成的自组织、多跳的移由大量节点通过无线通信技术组成的自组织、多跳的

8、移动性特性，可以在动性特性，可以在PM2.5监测系统中部署随机性、自组织监测系统中部署随机性、自组织、低功耗的传感网络，这种交叉学科的应用，使创新与训、低功耗的传感网络，这种交叉学科的应用，使创新与训练研究更有实效。练研究更有实效。四、项目执行情况四、项目执行情况u 第一阶段：第一阶段：2014年年3月至月至2014年年5月月u 2014年年03月月2014年年04月：收集理论及技术资料，制月：收集理论及技术资料，制定课题研究方案；深入了解环境监测定课题研究方案；深入了解环境监测PM2.5的无线传感器的无线传感器网络应用现状。网络应用现状。u 2014年年04月月2014年年05月：环境监测现

9、状调研与分析月：环境监测现状调研与分析；根据目前大气环境；根据目前大气环境PM2.5空气污染实际情况的分析情况空气污染实际情况的分析情况，制定试验方案，制定试验方案。u 2014年年05月：通过文献查询、方案的设计，总结第一阶月：通过文献查询、方案的设计，总结第一阶段的学习与研究工作段的学习与研究工作。四、项目执行情况四、项目执行情况u 第二阶段：第二阶段：2014年年6月至月至2014年年10月月u 2014年年06月月2014年年08月：开展月：开展项目项目实验，对实验数实验，对实验数据进行综合分析、研究无线传感器网络技术的应用；进行据进行综合分析、研究无线传感器网络技术的应用；进行无线传

10、感器网络的相关协议研究与分析；无线传感器网络的相关协议研究与分析；u 2014年年08月月2014年年10月：无线传感器网络技术进行月：无线传感器网络技术进行空气质量监测系统框架设计研究；空气质量监测系统框架设计研究；u 2014年年10月：通过理论学习与协议分析的研究，总结第月：通过理论学习与协议分析的研究，总结第二阶段学习及实施内容，总结研究报告二阶段学习及实施内容，总结研究报告。四、项目执行情况四、项目执行情况u 第第三三阶段：阶段：2014年年10月至月至2014年年11月月u 2014年年10月月2014年年11月：总结月：总结前两个前两个阶段学习及实阶段学习及实施，总结研究报告，撰

11、写论文。进行数据分析，验证设计施，总结研究报告，撰写论文。进行数据分析，验证设计方案的可行性；整理数据与研究报告，提交论文，结题验方案的可行性；整理数据与研究报告，提交论文，结题验收。收。五、项目取得成果五、项目取得成果 终端节点采集并在12864上显示五、项目取得成果五、项目取得成果10.3号采集宿舍楼附件的PM2.5值根据以上2采集数据图发现，矿大南湖校区内PM2.5值在60左右波动六、项目研究详细方案六、项目研究详细方案u 考虑到项目成本问题，以及时间关系，我们小组经过慎重考虑到项目成本问题，以及时间关系，我们小组经过慎重考虑决定选择点播作为我们的通讯方式。考虑决定选择点播作为我们的通讯

12、方式。u 点播描述的就是网络中点播描述的就是网络中2个节点相互通信的过程。确定通信个节点相互通信的过程。确定通信对象的就是节点的对象的就是节点的16bit短地址。短地址。六、项目研究详细方案六、项目研究详细方案u 1、协议栈实现数据采集协议栈实现数据采集开始传感器采集PM2.5模拟信号终端处理器调用A/D转换模块生成可在信道中传输的数字信号采集结束六、项目研究详细方案六、项目研究详细方案u 2、协议栈实现数据发送协议栈实现数据发送u 终端设备调用协议栈的无线数据发送终端设备调用协议栈的无线数据发送API函数，实现数据的发送。整个函数，实现数据的发送。整个过程只要对过程只要对API函数进行调用以

13、及稍微改动，就可以实现发送能力，足以函数进行调用以及稍微改动，就可以实现发送能力，足以证明协议栈的强大之处证明协议栈的强大之处。u 将采集信号存储在发送缓冲区中调用ZigBee发送函数确定传输波特率，以及数据位数确定对应的协调器地址启动发送六、项目研究详细方案六、项目研究详细方案u 3、协议栈实现数据接收协议栈实现数据接收u 协调器与协调器与PC通过串口相连，当协调器调用接收函数时，检测到有信号向通过串口相连，当协调器调用接收函数时，检测到有信号向其传输，将其存储，并调用其传输，将其存储，并调用UART函数与函数与PC串口进行通信，在串口进行通信，在PC串口小串口小助手上显示传输的数据。或者在

14、协调器上装置一个助手上显示传输的数据。或者在协调器上装置一个12864模块，用于直模块，用于直接方便的显示数据，从而实现数据的收集接方便的显示数据，从而实现数据的收集检测输入缓冲区的内容进行帧格式检验读取传输数据利用串口助手在PC上显示或者利用12864在协调器上显示统计数据绘制表格七、项目经费使用情况七、项目经费使用情况u 1.资料购置费，测试费，软件、小型硬件及小型实验设备资料购置费，测试费，软件、小型硬件及小型实验设备购置费等：购置费等：976元；元；u 2.购买资料，印刷的费用等：购买资料，印刷的费用等：358元；元；u 共计：共计：1334元元八、项目总结八、项目总结u 至此，利用至

15、此，利用Zigbee协议栈进行传感器网络的搭建以及数据协议栈进行传感器网络的搭建以及数据实时传输以及完成，在本次项目的开展进行中，我们小组实时传输以及完成，在本次项目的开展进行中，我们小组进行了合理的分工协作，每个人的职责不完全相同，遇到进行了合理的分工协作，每个人的职责不完全相同，遇到困难大家一起帮助解决，没有出现拖工或者不和谐的音符困难大家一起帮助解决，没有出现拖工或者不和谐的音符，个人都怀着一颗好学的心进行项目的开展。，个人都怀着一颗好学的心进行项目的开展。八、项目总结八、项目总结u 项目进行过程中我们也遇到一些困难，比如在改协议栈函项目进行过程中我们也遇到一些困难，比如在改协议栈函数的

16、时候，因为好多函数都是数的时候，因为好多函数都是TI官方自带的，我们不太了官方自带的，我们不太了解函数的作用和功能，所以我们还需要自己上网查资料或解函数的作用和功能，所以我们还需要自己上网查资料或者购买相关的书籍进行翻阅，了解，或者相应的知识以后者购买相关的书籍进行翻阅，了解，或者相应的知识以后，才进行合理的改动，最终也成功得到想要的结果。，才进行合理的改动，最终也成功得到想要的结果。八、项目总结八、项目总结u 当然这里，还要感谢我们的指导教师徐秀，没有她的帮助当然这里，还要感谢我们的指导教师徐秀，没有她的帮助和指导，项目进行方向很难被确定，前行的步伐也会被阻和指导，项目进行方向很难被确定，前行的步伐也会被阻碍。碍。u 我相信，本次项目已经结束