基于Zigbee技术的无线环境监测系统的设计

1、.：.；题 目 基于Zigbee技术的无线环境监测系统的设计 学生姓名 学号 所在学院 数学与计算机科学技术学院 专业班级 计算机科学与技术班 指点教师 完成地点 陕西理工学院 年 月日 本科毕业设计义务书 院(系) 数学与计算机科学学院 专业班级 计算机科学与技术(计算机) 学生姓名 一、毕业设计标题 基于Zigbee技术的无线环境监测系统的设计 二、毕业设计任务自 年 月_ _日 起至 年 月 日止三、毕业设计进展地点: 陕西理工学院 四、毕业设计内容要求：熟习嵌入式系统的设计过程，采用Zigbee技术，传感器技术，设计实现基于Zigbee技术的无线环境监测系统，毕业设计内容主要包括:()

2、对环境信息如温湿度、光照等经过相应的传感器进展采集。()串口编程，经过串口通讯将采集到的数据传给zigbee通讯模块。 ()研讨Zigbee技术，经过zigbee模块将采集到的信息发送到控制端。()控制端将接纳到信息进展保管、信息，提供相应的查询功能。()研讨如何为系统的管理提供人性化界面及快捷的管理方式。学生应具备的专业知识： 掌握嵌入式系统编程的整体流程。 熟练掌握C言语编程，QT编程。 对zigbee的任务原理和流程有一定的了解，做到熟练运用。成果方式：基于Zigbee技术的无线环境监测系统；毕业设计阐明书；用户手册。开题时间：年月日，并于此前提交开题报告课题完成时间：年月日 争辩时间：

3、年月前 指 导 教 师 系(教 研 室) 计算机工程教研室 系(教研室)主任签名 同意日期 接受设计义务开场执行日期 学生签名 基于zigbee技术的无线环境监测系统的设计与实现马强陕西理工学院数学与计算机科学学院计算机科学与技术专业班指点教师：陈【摘要】 本系统研讨分析了传感器、ZigBee技术的根本实际，设计实现了基于zigbee无线环境监测系统。系统采用C单片机控制DHT度传感器采集温湿度数据、zigbee无线模块进展数据传输，用户在效力器端可实时的对环境参数进展监测。经过测试系统运转稳定，采集数据准确，可用于各种不同环境下的信息监测。【关键词】DHT；无线传感器； ZigBee；CDe

4、sign and implementation of wireless environmental monitoring system based on ZigBee TechnologyMa longqiang(Shaanxi Institute of mathematics and computer science, computer science and technology professional class)Teacher: Chen YongAbstract:The system analysis of the basic theory of the sensor, the Z

5、igBee technology,design and implementation of wireless environmental monitoring system based on zigbee. The system uses C SCM control DHT temperature and humidity data collected by sensors, ZigBee wireless data transmission module,users can real-time monitoring of environmental parameters on the ser

6、ver. After the test system is stable, accurate data collection, can be used for monitoringvarious environment.Keyword:DHT ; environmental monitoring wireless sensor ; ZigBee ; C 目录 TOC o - h z u HYPERLINK l _Toc 引 言 页 共 页引 言环境监测的主要目的是经过检测环境变量参数及变化趋势的数据，判别环境质量，评价当前主要环境问题，为环境管理效力。环境监测是科学管理环境和环境执法监视的根底

7、。环境监测是环境维护必不可少的根底性任务，是环保部门的立身之本。经过环境监测可以搞清楚污染物种类和分布情况，明确污染途径，预测污染变化趋势，预警能够出现的环境问题。环境监测根据环境管理的需求来测定、获取、解释、运用数据。环境监测还可作为环境执法监视的技术根底和技术仲裁，为环境管理决策、环境规划、实施总量控制、排污收费、环境目的考核、环境工程、监视污染源排污和评价治理措施及效果验收效力。在阅历了环境监测是环境维护的“眼睛、“哨兵、“根底、“重要支柱的认识过程后，如今明确提出基于无线网络的环境监测是“一项政府行为，表达了对环境监测重要性认识的深化。环境监测在正确认识环境质量，处理现存或潜在的环境问

8、题，改善生活环境和生态环境，协调人类和环境的关系，最终实现人类的可继续开展中起着举足轻重的作用。 绪 论. 研讨背景及现状近年来，随着无线网络技术的开展，各种基于无线网络传感器技术的产品层出不穷。同时，由于环境的不断恶化，人们对环境维护和环境监测提出了更高的要求，越来越多的企业和机构都努力于在环境监测系统中运用无线传感器网络技术的研讨。基于无线传感器网络的环境监测系统适宜于在煤矿、油田平安监测，温室环境监测、环保部门的大气监测、突发性环境事故的预测及分析、特殊污染企业的监测，生物群种的生态环境监测以及家庭、办公室及商场空气质量监测等领域运用。利用无线传感器网络实现环境监测的运用领域普通具有以下

9、特点：()无人环境、环境恶劣或超远间隔 情况下信息的采集和传送，保证系统工业级质量平安可靠。()生物群种对于外来要素非常敏感，人类直接进展的生态环境监控能够反而会破坏环境的完好性，包括影响生态环境中种群的习性和分布等。()需求较大范围的通讯覆盖，网络中的设备相对比较多，但仅仅用于监测或控制。()系统实施、运转费用要低，无需铺设大量电缆，支持暂时性安装，系统易于扩展和更新。()具有数据存储和归档才干，可以使大量的传感数据存储到后台或远程数据库，并可以进展离线的数据发掘，数据分析也是系统实现中非常重要的一个方面。无线传感器网络是由大量节点组成的面向义务的分布式网络，它综合了传感器、嵌入式计算、现代

10、网络及无线通讯、分布式信息处置等多领域技术，经过各类微型传感器实时采集信息，由嵌入式微处置器对信息进展加工处置，并经过无线通讯网络将信息传送至远程用户。在国防平安、工农业领域各种控制、城市管理、生物医疗、环境监测、抢险救灾、防恐反恐、危险区域远程控制等许多领域都有重要的科研价值和适用价值，具有非常宽广的运用前景。无线传感器网络技术作为信息科学技术领域的前沿性技术，曾经引起了学术界和工业界的广泛关注。国外的许多大学和研讨机构纷纷投入大量研发力量从事无线传感器网络软硬件系统的研讨任务。. 研讨目的及意义本设计以DHT传感器为信息采集端，ATC单片机作为控制中心，实时监测目的环境内温度，湿度等工业参

11、数，并将实测值经过zigbee发送至监测终端。系统能对大面积的多点温度，湿度进展监测，并将数据传输到PC机上进展数据存储与分析。整个监测网络是由基于ZigBee技术的无线温、温湿度传感器节点和ZigBee无线网关组成。无线温、湿度节点放置于需求丈量的现场，执行温度和湿度数据采集、预处置和发送等任务。经过无线传感器发送给接纳节点，最后实时的显示温、湿度信息。本次课题主要是基于zigbee无线环境监测系统的实现，主要是为理处理有线环境监测布线的繁琐，有线监测在环境变化后更改和重用的难度较大，无人和恶劣环境下对监测的不可实现性。同时，无线传感技术作为国际备受关注的前沿热点领域，努力于提供一种廉价的固

12、定、便携或者挪动设备运用的极低复杂度、本钱和功耗的低速率无线通讯技术。具有功耗低、数据传输可靠、网络容量大、具有较好的兼容性及平安性。基于无线网络环境监测系统的研讨，对于未来人们生活更加智能化有很大的协助 。. 开发工具的选择本系统的开发主要用到Keil uVision 调试编译软件和STC-ISP烧录软件把编译好的软件烧写进开发板内。Keil uVision是目前运用广泛的单片机集成开发环境，这个集成开发环境包含：HYPERLINK javascript:; t _self编译器，汇编器，HYPERLINK javascript:; t _self实时HYPERLINK javascript

13、:; t _self操作系统，工程管理器，调试器。同时还提供了HYPERLINK javascript:; t _selfKEIL C规范C编译器，为微HYPERLINK javascript:; t _self控制器的软件开发提供了C言语环境,同时保管了汇编代码高效,快速的HYPERLINK javascript:; t _self特点。STC-ISP是STC单片机公用的烧录软件，大部分STC单片机内部固化有ISP系统引导程序，配合PC端的控制程序即可将用户的程序代码下载进单片机内部，故不需求编程器并且速度比通用编程器快。ISP软件界面如图.所示。 图. ISP软件界面详细操作步骤：步骤：选

14、择他所运用的单片机型号，STCCRC步骤：翻开文件，要烧录用户程序，必需调入用户的程序代码*.bin,*.hex步骤 ：选择串口号步骤：设置能否双倍速，双倍速选中Double Speed 即可，STCCRC系列出厂时为单倍速，用户可指定设为双倍速，如想从双倍速恢复成单倍速，那么需用通用编程器擦除整个晶片方可，这会将单片机内部已烧录的ISP 引导程序擦除。普通运用缺省设置即可，无须设置。OSCDN：单片机时钟振荡器增益选 / gain 为降一半，降低EMI；选full gain全增益为正常形状步骤 ：选择“Download/下载按钮下载用户的程序进单片机内部，可反复执行步骤，也可选 择“ Re-

15、Download/反复下载按钮。下载时留意看提示，主要看能否要给单片机上电或复位，下载速度比普统统用编程器快。一定要先选择“Download/下载按钮，然后再给单片机上电复位先彻底断电，而不要先上电。 硬件系统设计环境监测具有区域内的监测点数量多、监测时间长、监测情况复杂等特点。针对传统环境监测手段的网络规划困难、节点智能化程度低等缺陷，设计了基于ZigBee协议的无线传感器环境监测网络系统。无线传感器网络是一种由传感器节点构成的网络，可以实时地监测、感知和采集节点部署区域需求监测的各种信息，并对这些信息进展处置后以无线的方式传送，经过无线网络最终发送给监控终端。在ZigBee传感器网络中，传

16、感器节点兼顾传统网络节点的终端和路由器双重功能，在采集、接纳、处置及发送数据进的同时，还要对其他节点转发来的数据进展存储、管理和交融等处置，并与其他节点协作完成一些特定义务。这里设计一套简单基于zigbee无线环境监测系统，实时监测某特定环境中的温度和湿度，为环境控制和管理提供准确的数据。本设计采用了温湿度传感器两种适用于环境监测的传感器作为无线网络的传感器节点。可以将这些传感器节点分布于室内或室外环境中的各个角落。在网络协调器(即中心节点)的无线覆盖范围之内，布置假设干个路由节点和终端节点，实现网络管理和相互通讯。根据系统的需求，传感器节点应具备以下功能：()传感器信号的采集和处置。()无线

17、数据的发送或转发。()友好的人机交互界面。()RS通讯功能。. 设计原那么()尽能够选择典型电路，并符合单片机的常规用法。为硬件电路的规范化、模块化打下良好根底。可靠性和抗干扰设计是硬件设计必不可少的一部分，它包括芯片和器件的选择、去耦电容、滤波电容、电路板的布线等。()尽量朝单片方向设计硬件。硬件器件越多，器件之间相互关扰越强，功耗也会越大，就会可防止的降低系统的稳定性。()在速度允许的情况下，尽量运用串行为主的扩展方式。串行扩展具有方便、灵敏、电路简单、占用I/O资源少等特点。()留下一些指示灯或通讯口以方便调试和判别系统问题。 . 硬件系统构造根据系统的组成可将系统化为四大模块：信息采集

18、模块、信息传输模块、信息处置及显示终端、信息预警系统。系统功能模块如图.所示。图. 系统功能模块图无线传感器网络的节点通常由传感器模块、微处置器模块、无线通讯模块和电源模块构成。微处置器和无线通讯模块采用支持ZigBee协议的片上系统级芯片CC，大大简化了射频电路的设计。传感器模块采用集成温湿度传感器DHT，电源采用USB供电。系统网络构造如图.所示。图. 系统构造图微处置器模块担任控制整个节点的数据处置操作、路由协议、功耗管理、义务管理等，最主要的是需求实现网络平安可靠的通讯协议;无线通讯模块担任与其他节点进展无线通讯，交换控制音讯和收发数据。数据采集模块主要担任监测区域内信息的采集并将各种

19、传感器(如温度、湿度采集的信号转变为数字信号并传送给微处置器模块。路由器节点和终端设备节点上都有数据采集模块。电源模块管理单元节点类型不同有不同的供电方式，在终端设备节点上，电源USB供电，协调器的电源是用USB供电或者交流电供电。在协调器上还有RS-串口，与监控主机通讯。由于大气环境监测的地理外形能够比较复杂，而且有时候能够根据需求挪动节点，节点位置不固定，要求系统能根据详细的地理位置调整监测的范围和传输途径，要求系统有很大的灵敏性和自组织性，因此选择具有自组织式的和自恢复式的网状网络拓扑构造。. 微处置器模块微处置器是无线传感器节点的中心。它采集并处置传感器数据，与无线模块通讯并判别何时发

20、送和接纳这些数据，控制人机操作界面以及经过串口与上位机通讯。处置器必需运转各种程序，包括时间要求严厉的信号处置、通讯协议、以及运用程序。它是节点的中央处置单元(CPU)。多种处置义务可以在不同构造的处置器上执行，义务的分配需求思索可行性、性能、能量效率以及本钱之间的折中问题。本设计中微处置器采用TI公司的CC芯片和ATC单片机芯片共同组成。()CC芯片引见CC它是ZigBee运用的一个真正的片上系统处理方案，它可以以非常低的资料本钱建立强大的网络节点。结合了性能优良的RF收发器、业界规范的加强型CPU、最大KB的可编程闪存和KB的RAM。CC具有不同的运营方式，使其特别适宜于超低功耗要求的场所

21、。由于CC芯片内集成了许多特征功能模块，因此，其典型的外围电路也就非常简约。其中，主时钟晶振采用MHZ无源晶振以及.KHZ时钟晶振；无线RF模块外围电路采用无巴伦的阻抗匹配网络；天线运用欧鞭状负极性天线。CC配合很少的外围元件就可以组成无线通讯模块。如图.所示。图. CC外围硬件电路原理图CC芯片的主要特点如下：()任务频带：MHzMHz()支持.、ZigBee、ZigBee PRO和ZigBee RFCE等规范()主控芯片：CCF()通讯协议规范：IEEE .()网络拓扑构造：星状、网状()数据传输速率：Kbps()天线方式：外置天线 ()通讯范围：米米()接纳灵敏度：-dBm()发射电流：

22、mA()接纳电流：mA()任务温度：-()电源：.V.V()模块外形尺寸：mm()ATC单片机最小系统设计 单片机供电电路：ATC需求可靠的V供电，在电路图中的VCC和GND为供电网络标识符；振荡电路：ATC需求一个稳定的振荡电路才可以正常任务，单片机的时钟信号是用来提供单片机内各种微操作的基准。在该电路中采用了MHz的晶振作为ATC的时钟源；这里采用的是内部振荡方式，在引脚XTAL和XTAL外接晶振，经过内部振荡得到的时钟信号比较稳定，在电路中运用较多。在下面的电路图中可以看到在晶振两侧连了两个电容C，C，它们是起稳定振荡频率、快速起振的作用，电容值普通为pF。本设计中用的是pF的电容。 复

23、位电路：复位电路是单片机正常运转的一个必要部分。复位操作普通有两种根本方式：上电复位和开关复位。在本设计中采用的是第二种。复位电路应该保证单片机在上电的瞬间进展一次有效的复位，在单片机正常任务时将RST引脚置低。此外经过一个按键进展手动复位，在单片机运转不正常时运用。上电后，由于电容充电，是RST继续一段高电平常间。当单片机曾经在运转时，按下复位键也能使RST继续一段高电平，从而实现上电且开关复位的操作。通常他们选择的复位电容为F，电阻为k。在本设计中复位电容选的是F的，电阻选的是k的。. 数据采集模块数据采集模块的设计主要包括传感器的选择以及与微处置器的衔接电路。本次设计基于大气环境监测，主

24、要采集大气的温度，湿度。在传感器的选择中，需求思索量程，精度需求，供电电压以及功耗。经过对市场中的传感器各方面的比较，选用了DHT-温湿度传感器丈量环境的温度，湿度。()温湿度传感器DHT引见DHT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。它运用公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杰出的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能位单片机相衔接。因此该产品具有质量杰出、超快呼应、抗干扰才干强、性价比极高等优点。每个DHT传感器都在极为准确的湿度校验室中进展校准。校准系数以程序的方式储存在OTP内存中，传感器内部

25、在检测信号的处置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，信号传输间隔 可达米以上，使其成为各类运用甚至最为苛刻的运用场所的最正确选那么。产品为针单排引脚封装。衔接方便，特殊封装方式可根据用户需求而提供。其温湿度传感器参数如表.所示。表. DHT温湿度传感器特性参数参数条件MinTypMax单位湿度分辨率%RHBit反复性%RH精度%RH%RH互换性可完全互换量程范围%RH%RH%RH呼应时间/e(%)，m/s 空气S迟滞%RH长期稳定性典型值%RH/yr温度分辨率Bit反复性精度量程范围呼应时间/e(%)SDHT的接口在功耗以及信号读取方面做了

26、优化，经过类似于IIC的两线制串口接口与处置器直接衔接。其与微控制器的接口如图.所示。SCK 用于微处置器与DHT之间的同步通讯，可以接到微控制器的I/O口，经过I/O口模拟时钟信号来实现。由于接口包含了完全静态逻辑，所以不存在最小的SCK频率，但是当供电电压小于.V时最大频率为MHz。DATA三态门用于数据的读取，DATA在SCK时钟下降沿之后改动形状，并仅在SCK时钟上升沿有效。数据传输期间，在SCK时钟高电平常，DATA必需坚持稳定。为防止信号冲突，微处置器应驱动DATA在低电平。需求一个外部的上拉电阻将信号提拉至高电平，DHT与微处置器接口电路图如图.所示。图. DHT与微处置器接口电

27、路图DHT含有四个引脚各个引脚都有不同的功能，因此对引脚作以阐明。DHT引脚如表.所示表. DHT引脚阐明pin称号注释VDD.VDCDATA串行数据，单总线NC空脚，请悬空GND接地，电源负极 温湿度传感器DHT数据传输方式DATA用于微处置器与DHT之间的通讯和同步,采用单总线数据格式,一次通讯时间ms左右,数据分小数部分和整数部分,详细格式在下面阐明,当前小数部分用于以后扩展,现读出为零.操作流程如下:一次完好的数据传输为bit,高位先出。数据格式:bit湿度整数数据+bit湿度小数数据+bi温度整数数据+bit温度小数数据 +bit校验和数据传送正确时校验和数据等于“bit湿度整数数据

28、+bit湿度小数数据+bi温度整数数据+bit温度小数数据所得结果的末位。MCU发送一次开场信号后,DHT从低功耗方式转换到高速方式,等待主机开场信号终了后,DHT发送呼应信号,送出bit的数据,并触发一次信号采集,此时可选择读取部分数据.从方式下,DHT接纳到开场信号触发一次温湿度采集,假设没有接纳到主机发送开场信号,DHT不会自动进展温湿度采集.采集数据后转换到低速方式。总线空闲形状为高电平,主机把总线拉低等待DHT呼应,主机把总线拉低必需大于毫秒,保证DHT能检测到起始信号。DHT接纳到主机的开场信号后,等待主机开场信号终了,然后发送us低电平呼应信号.主机发送开场信号终了后,延时等待-

29、us后, 读取DHT的呼应信号,主机发送开场信号后,可以切换到输入方式,或者输出高电平均可, 总线由上拉电阻拉高。总线为低电平，阐明DHT发送呼应信号，DHT发送呼应信号后，再把总线拉高us，预备发送数据，每bit数据都以us低电平常隙开场，高电平的长短定了数据位是还是。假设读取呼应信号为高电平，那么DHT没有呼应，请检查线路能否衔接正常。当最后bit数据传送终了后，DHT拉低总线us，随后总线由上拉电阻拉高进入空闲形状。. 串口通讯模块串行通讯是在一根传输线上一位一位的传送信息，所用的传输线少，并且可以借助现成的网进展信息传送，因此，特别适宜于远间隔 传输。对于那些与计算机相距不远的人机交换

30、设备和串行存储的外部设备如终端、打印机、逻辑分析仪、磁盘等，采用串行方式交换数据也很普遍。所以串行接口是微机运用系统常用的接口。许多外设和计算机按串行方式进展通讯，这里所说的串行方式，是指外设与接口电路之间的信息传送方式，实践上，CPU与接口之间仍按并行方式任务。在单片机系统中，串口是一个非常重要的组成部分。通常运用单片机串口经过RS接口和电平转换芯片MAX与上位机衔接，以进展上位机与下位机的数据交换、参数设置、组成网络以及各种外部设备的衔接等。RS串行接口总线具有本钱低、简单可靠、容易运用等特点，加上其历史悠久，所以目前运用依然非常广泛；特别对于数据量不是很大的场所，串口通讯依然是很好的选择

31、，有着宽广的运用前景。在单片机编程中，串口占了很重要的位置。通讯接口的选择：为了便于QT开发板和各种外围设备的串行通讯衔接，更广义地来讲是为了各种数据终端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间的衔接，制定了假设干种串行通讯接口规范。只需是符合某种规范的设备之间就可以直接相互衔接、相互通讯。串行通讯接口按电气规范及协议来分包括RS-、RS-、RS、USB等。 RS-、RS-与RS-规范只对接口的电气特性做出规定，不涉及接插件、电缆或协议。USB是近几年开展起来的新型接口规范，主要运用于高速数据传输领域。在本设计中，选择RS-接口就可以满足通讯需求了。微控制器经过RS与上位机通讯。如图.所示。

32、串口芯片选择MAX，MAX配备专有的低漏失电压发射器输出形状，经过双电荷泵，在.V至.V供压下，表现出真正的RS协议器件性能，这些器件只需个.F的外部小电容，用于电荷泵。发光二极管TX-LED，RX-LED用来察看MAX任务能否正常，能否有数据经过该模块，RS电路图如图.所示。图. RS电路对于终端节点，微控制器与之间采用规范的MODBUS协议进展通讯，用于设置终端节点的系统参数。对于中心节点，微控制器将无线模块接纳到的数据经过传到上位机软件显示。. 相应供电模块无线传感器网络普通应具有挪动性，所以节点大多数需求采用电池供电，从上面各章节可以看出，在硬件元器件的选取中，曾经思索到了尽量降低系统

33、的功耗，各个模块的供电电压都比较低，综合比较，可以采用节.V的碱性电池进展供电。电源原理图如图.所示。图. 电源电路图由于仿真器可以提供稳定的电压，也可以选择匹配电源。在电源模块的设计时，采用开关选择能否选用外接电池供电或者电脑供电，这样可以在调试和烧写程序的时候采用电脑供电，坚持电压的稳定，在运用时采用电池供电。这样即可以简化电源电路的设计，又可以保证调试的正常进展。而协调器的电源那么是运用USB供电或者交流电供电。软件系统设计. 设计原那么明确义务，弄清软件所承当的义务细节。软件构造设计，合理的软件构造是设计出一个性能优良的单片机运用系统软件的根底。模块化程序设计，是单片机运用中最常用的程

34、序设计技术。将一个完好的程序分解成假设干个功能相对独立的较小的程序模块，对各个程序模块分别进展设计、编制和调试，最后将各个调试好的程序模块进展联调。 而面向对象程序设计的数据笼统可以在坚持外部接口不变的情况下改动内部实现，从而减少甚至防止对外界的干扰；经过承继大幅减少冗余的代码，并可以方便地扩展现有代码，提高编码效率，也减低了出错概率，降低软件维护的难度；结合面向对象分析、面向对象设计，允许将问题域中的对象直接映射到程序中，减少软件开发过程中中间环节的转换过程。 编写程序。根据系统功能和操作过程，列出程序的功能流程图。在完成流程图的设计之后，便可编写程序了。. 软件系统构造软件系统设计可分为单

35、片机软件设计、zigbee无线通讯模块软件设计、串口通讯模块软件设计。如图.所示。图. 软件设计模块功能图. 上位机监控软件设计上位机软件是一个软件系统，它担任完成采集终端采集到数据的显示，存储。它提供了一个显示数据和控制节点任务的界面。图中只显示了传感器节点采集到的数据，当上位机缓冲器接纳到协调器传来的数据时，会触发一个串口音讯事件，然后开场读取数据。上位机监控界面也可以对网络中的节点发送命令，按下“翻开串口和“封锁串口按钮可以控制节点能否采集数掘，这些命令经过串口发送给协调器，然后经过协调器再将其转发到网络中的一切节点上，节点收到命令之后，会按照相应的命令进展数据采集操作。. 单片机软件设

36、计单片机采用C在keil uvision的开发环境进展编程，在仿真软件中调试胜利后，再把生成的HEX文件烧到单片机中，在真实的硬件环境下进展测试。详细设计主要分两部分，一是温湿度传感器的驱动和测温程序，另一个是利用单片机串口编写的无线传输程序。下面将对程序中的关键部分进展论述。温湿度传感器接口软件设计单片机从DHT完成温湿度数据读取要经过以下步骤：单片机发送一次开场信号后，DHT从低功耗方式转换到高速方式，等待主机开场信号终了后，DHT发送呼应信号,送出bit的数据,并触发一次信号采集，用户可选择读取部分数据.从方式下，DHT接纳到开场信号触发一次温湿度采集，假设没有接纳到主机发送开场信号，D

37、HT不会自动进展温湿度采集。采集数据后转换到低速方式。流程图如图.所示。图. 单片机软件设计的流程图主要源码如下void COM(void)U i; for(i=;i;i+)/对一个字节进展编码 UFLAG=; while(!P_)&UFLAG+);Delay_us();Delay_us();Delay_us(); Utemp=; if(P_)Utemp=; UFLAG=;while(P_)&UFLAG+); if(UFLAG=)break; /超时那么跳出for循环 Ucomdataopen(QIODevice:ReadWrite); /以读写方式翻开 myCom-setBaudRate(B

38、AUD); /设置波特率 myCom-setDataBits(DATA_); /设置数据位 myCom-setParity(PAR_NONE); /设置奇偶校验,无校验 myCom-setStopBits(STOP_); /设置终止位,位 myCom-setFlowControl(FLOW_OFF); /设置数据流控制，无数流控制 myCom-setTimeout();/ QMessageBox:information(,write,); QObject:connect(myCom,SIGNAL(readyRead(),that,SLOT(readCom(); 系统测试与实验结果分析. 软件编

39、译与烧写软件是系统实现的关键，程序代码的好坏直接影响系统实现的优劣，PC机经过与单片机相连，将已编译好的程序下载到目的开发板上的C单片机中，单片机经过程序控制传感器进展数据采集。详细操作步骤如下：启动程序烧录软件。在翻开的界面中设置端口号、波特率、单片机型号。在界面中点击选择程序文件项，选择需求烧录的程序，保证单片机型号设置成ATC，选择好要烧录程序文件后，点击download，即可进展程序到单片机处置器的下载。 () 将烧好程序的单片机芯片，插入曾经焊好的面包板上，进展上电，传感器即开场温湿度数据的采集。. 软件测试传感器采样程序测试：以 s或s间隔频率采集各个传感器，延续采集小时以上，察看

40、数据显示能否有异常数据出现。测试结果：采样正常，数据可靠。单片机与无线模块通讯测试：单片机每采样到一次传感器信号，处置后及时将数据发送到无线模块，经过察看电路板上的通讯指示灯察看无线模块能否接纳到数据。测试结果：无线模块接纳正常。显示终端监控界面程序测试：多次反复操作按键菜单，设置各个系统参数，查看程序能否跑死，分析能否有bug。测试结果：程序运转无错误，无死机景象。预警模块程序测试，设置温湿度范围偏小，使得采集到的数据超出监测范围，查看绑定的手机能否会收到短信报警提示。. 硬件测试本设计中硬件网络节点实物图如图.所示。图. 网络节点实物图电路板焊接终了后，找出硬件整体上的错误，如接口松动、接

41、触不良，电源不稳定等。()稳定性测试：长时间运转系统检查电源电压，传感器，无线模块等。经测试系统各电源运转正常，电压均在正常值范围之内；传感器任务正常，采样的数据正确；无线模块无死机景象。()硬件平安性：检查各类接口，保证电路不出现短路等问题。长时间运转程序并检查芯片任务情况与任务形状(温度、电压等)。经测试系统各接口运转正常。. 温湿度传感器节点测试结果分析在本设计中，首先无线网关创建网络，等待节点的参与，此时显示终端屏如图.所示。图. 等待节点参与网络时的终端显示情况节点参与网络后，那么在显示终端上显示测得的温度、湿度详细数值。如图.所示。图. 测得此时温湿度显示情况经过实验测定，最宜人的

42、室内温湿度是：冬天温度为 至 ，湿度为%至%；夏天温度为至，湿度为%至% 。 因此经过比较他们所测的温湿度值符合人体适宜温湿度范围。总 结ZigBee无线传感器网络是基于ZigBee协议的无线传感器网络，是ZigBee协议与传感技术的结合，是运用性非常强的技术，它具有耗资小、安装方便、维护和更新费用低等优势，非常适宜于对布线困难、人员不能到达的区域和一些暂时场所的情况进展远程监控，如大型建筑的安康形状监控、空间探求、灾祸预测，养殖环境监测等，它在当前我国环境监测系统中有着宏大的运用潜力的。目前市场上的近间隔 无线通讯技术有很多种，如无线局域网WiFi、蓝牙、IrDA、UWB、RF等。经过市场调

43、研，发现ZigBee无线通讯技术在在无线传感网络中占有广泛的市场，具有低功耗、数据传输可靠、网络容量大、兼容性强、平安性高、本钱低等特点。本设计采用了ZigBee技术实现无线网络的搭建。选用了一款性能较好的STDSMA模块传输无线信号。经过反复的测试，他们研制的无线网络节点通讯平台曾经可以稳定的运转，并且有较好的可靠性和扩展性。本次设计主要涉及到硬件设计和ZigBee协议栈编程两方面的内容。经过该设计，使得本人在学业上受害匪浅，它不仅要求我灵敏运用以前所学的知识，也要求本人在任务中不断学习和接受新知识，极大的锻炼了本人独立研发的才干，为今后的任务开创了新的前景。致 谢本次毕业设计是在陈教师的精

44、心指点下完成的，从最初的系统可行性的分析，包括系统的整体设计，系统功能模块的设计，到最终系统的实现的整个阶段，教师给了我很大的指点与协助 ，在整个过程中，深深的领会到教师严谨的任务作风、求真务虚的科研精神、丰富扎实的专业知识很值得他们学习，在此论文完成之际，向教师表示深深的敬意及最大的赞赏。 参考文献 徐君丽，刘冀伟，王志良基于无线网络的智能监控系统设计与实现J微计算机信息，()：- 孙利民，李建中，陈渝等无线传感器网络M北京：清华大学，- 陈玲，赵建夫环境监测M第l版北京：化学工业，- 陈雄,杜以书,唐国新.无线传感器网络的研讨现状及开展趋势J. 系统仿真技术, ,():-. 路染妮,张刚.

45、 ZigBee无线传感器网络的路由协议研讨J.电子设计工程, ,():-. 孙宇翔,全厚德,张利强.基于ZigBee的无线监控系统节电层设计J. 微型机与运用, ,:-. 蒋挺，赵成林紫蜂技术及其运用M北京：北京邮电大学，：- 倪天龙.单总线传感器DHT在温湿度测控中的运用J. 单片机与嵌入式系统运用，,:-. 包长春,李志红.基于ZigBee技术的粮库监测系统设计J. 农业工程学报, ,():-. 苗连强,胡会萍.基于ZigBee技术的温室环境远程监测系统设计J. 仪表技术与传感器,:-. Liu Yanfei, Wang Cheng, Yu Chengbo et. Research on

46、ZigBee Wireless SensorsNetwork Based on ModBus ProtocolJ. Information Technology and Applications . Polastre JR.Design and imPlementation of wireless sensor networks for habitat monitoringJ. . 吴呈瑜,孙运强.基于ZigBee技术的短间隔 无线数据传输系统J.仪表技术与传成器, ,:-. 万力,王鹏.基于ZigBee技术的温湿度监测网络设计与实现J. 低压电器, :-. 杨玮,吕科.基于ZigBee技术的

47、温室无线智能控制终端的开发J. 农业工程学报, ,(): -. 毛玉蓉. 基于Zigbee技术的无线传感器网络研讨J.化工自动化及仪表，,():-. 柴淑娟,赵建平.基于ZigBee技术的无线数据传输系统J. 通讯技术, ,():-. 景军锋,李嘉琨.基于ZigBee技术的无线温度采集系统J. 微型机与运用, ,:-. 王东,张金荣.利用ZigBee技术构建无线传感器网络J. 重庆大学学报(自然科学版),():-. 徐爱钧.用IAR EWARM开发嵌入式系统时目的代码的链接与定位J. 长江大学学习园地, ,:-.科技外文文献Research and Design of Embedded Tan

48、k Car Monitoring System Based on ARMJinxue Zhang ,Ming zhangSchool of Electronic Engineering Huaihai Institute of TechnologyLian yungang;China HYPERLINK mailto:lyg lygAbstractEmbedded systems are pervasive in the infrastructure of our society for diverse tasks such as studying environmental phenomen

49、a, instrumenting and managing large-scale systems, and aiding security . And market demands for innovative, high quality products, aggressive competition at a global scale, increasing productivity through highly optimized production processes, and environmental/societal pressures are some of the cha

50、llenges faced by the manufacturing industry today . Rapid changes in process technology demand production systems that are themselves easily upgradeable, and into which new technologies and new functions can be readily integrated .Keywords-Embedded system, Advanced RISC Machine(ARM),monitoring syste

51、m, hardware circuit, software design.I. I NTRODUCTIONEmbedded systems are pervasive in the infrastructure of our society for diverse tasks such as studying environmental phenomena, instrumenting and managing large-scale systems, and aiding security . And market demands for innovative,high quality pr

52、oducts, aggressive competition at a global scale,increasing productivity through highly optimized production processes, and environmental/societal pressures are some of the challenges faced by the manufacturing industry today . Rapid changes in process technology demand production systems that are t

53、hemselves easily upgradeable, and into which new technologies and new functions can be readily integrated .An embedded system often consists of a generic processor, mission-specific hardware modules, and software modules that execute on the processor and interact with hardware modules . Embedded sys

54、tems are usually strictly constrained in computation, memory, bandwidth, and power. To lower production and deployment costs, embedded systems are often equipped with slow processor, small memory, rudimentary radio, and limited battery. These constraints require that for a given mission, only the ne

55、cessary hardware and software modules be loaded into an embedded system. that makes component-based development an appealing and appropriate approach to embedded system development. For instance, the well-known TinyOS run-time system for networked sensors, an emerging type of deeply embedded systems

56、, is component based.ARM(Advanced RISC Machine) is the recognized industry-leading -bit embedded RISC microprocessor architecture which has a scalable, low power consumption, low cost and support the management of real-time multi-tasking features. The processor core series based on ARM have ARM, ARM

57、, ARME, ARM etc. The overall trend of monitoring system is that, from the previous analog monitoring to the current digital monitoring; from the behind scene monitoring to the advanced remote monitoring: from someone on duty to monitor the now unmanned. Digital, network-based, largescale monitoring

58、system will be the performance of the best quality, and have been widely used today .In that paper, we first analysis the embedded system theory, the design principle of remote monitoring system ,then using integrated embedded technology to propose embedded tank car monitoring system framework. Seco

59、nd, we use ADS. and Windows NT as the development environment and C language as the development tools to achieve the embedded tank car monitoring system based on ARM.There are two parts: hardware circuit design, we use SCX as the ARM embedded microprocessor core, design the network interface and dat

60、a acquisition hardware circuit, including channel analog input channels and digital I / O channel based on QT. Another part of software design, we complete the embedded Linux operation and development on SCX, and in the Linux environment to develop the device drivers of CSA , AD and digital I / O, a