基于无线传感网的大气雾霾监测系统的设计

发布时间：2017-06-15 15:04

  本文关键词：基于无线传感网的大气雾霾监测系统的设计，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国工业化进程的不断加快,生产制造过程中不可避免地使用大量化工原材料,产生大量污染性气体。近几年来,我国经济的快速发展,人民生活水平的不断提高和汽车工业的高速发展,导致城市中汽车数量不断增加,致使许多城市大气中的SO2、NO2等气体污染物急剧增加。由于大量的污染气体扩散到空气中,致使我国大部分省区市均出现严重的雾霾天气,严重影响空气质量和人民身体健康。因此,设计一种针对大气雾霾的监测系统是具有十分重要的意义。本文通过分析国内外对大气雾霾监测系统和无线传感器网络技术发展现状,结合实际需要和国家相关行业要求,设计了大气雾霾监测无线传感网的系统。采用星型网络拓扑结构,并设计完成引入同步休眠机制的通信协议。同时,采用人工鱼群算法,减少系统的监测终端数量,降低系统功耗,提高网络覆盖率。硬件部分,采用STM32f103zet6作为系统处理器,并设计了监测终端、中继节点及手持智能监测终端。整个系统硬件的底层驱动程序均在Keil平台上进行编写。中继节点利用无线网桥进行远距离数据传输,以确保监控中心可以实时监测。手持终端可以调取附近区域内每个监测终端的数据信息,方便相关人员进行监控。软件部分,监控中心界面采用Visual C++平台进行开发,提供监测终端实时数据显示、超过预设阈值报警,同时具有历史数据查询等功能。对设计完成的系统各项技术指标进行测试,环境测试实验以及对系统通信组网测试。由测试结果可知:本系统完全满足相关行业标准及实际需求,操作简单,运行稳定。通过网络优化,可以有效降低系统功耗,延长系统工作时间。本文构建的监测系统满足设计要求,有良好的市场应用前景。
【关键词】：大气雾霾 无线传感网 网络优化 监测
【学位授予单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP212.9;TN929.5;X84
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题研究的背景及意义11-12
• 1.2 国内外相关领域的发展现状12-16
• 1.2.1 大气雾霾监测系统发展现状12-15
• 1.2.2 无线传感器网络发展现状15-16
• 1.3 课题来源及主要内容16-17
• 1.3.1 课题来源16
• 1.3.2 本文研究的主要内容16-17
• 第2章 系统总体设计方案17-22
• 2.1 系统的设计要求及功能17
• 2.2 系统的总体设计方案17-18
• 2.3 系统主要器件的选型18-21
• 2.3.1 中央处理芯片的选型18-19
• 2.3.2 气体传感器选型19-20
• 2.3.3 温湿度传感器选型20
• 2.3.4 无线通信模块的选型20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 系统硬件的设计22-36
• 3.1 监测终端硬件设计方案22-23
• 3.2 传感器模块设计23-25
• 3.2.1 传感器调理电路的设计23-25
• 3.2.2 温湿度模块接口电路设计25
• 3.3 电源管理模块接口电路设计25-28
• 3.3.1 供电电路设计25-27
• 3.3.2 充电电路设计27
• 3.3.3 电量检测电路设计27-28
• 3.4 其他接口电路设计28-30
• 3.4.1 显示接口电路设计28-29
• 3.4.2 复位电路设计29
• 3.4.3 声光报警电路设计29-30
• 3.4.4 无线通信模块接口电路设计30
• 3.5 中继节点的硬件设计方案30-31
• 3.5.1 整体硬件设计方案概述30-31
• 3.5.2 串行通信接口电路设计31
• 3.6 手持智能监测终端的硬件设计方案31-35
• 3.6.1 设计方案概述31-32
• 3.6.2 电源管理模块接口电路设计32-33
• 3.6.3 交互功能模块接口电路设计33-35
• 3.7 本章小结35-36
• 第4章 系统软件的设计及网络优化36-45
• 4.1 监测终端软件设计方案36-37
• 4.2 手持智能监测终端软件设计方案37
• 4.3 监控中心界面软件设计方案37-39
• 4.4 通信协议优化39-40
• 4.5 无线传感网覆盖优化40-44
• 4.5.1 人工鱼群算法40-44
• 4.5.2 仿真结果分析44
• 4.6 本章小结44-45
• 第5章 系统的测试结果及分析45-52
• 5.1 系统测试环境45-46
• 5.2 系统技术指标测试及分析46-50
• 5.2.1 系统的示值误差46-47
• 5.2.2 系统的零点漂移47-48
• 5.2.3 系统的分辨率48-49
• 5.2.4 系统的响应时间49-50
• 5.3 系统功耗分析50
• 5.4 系统联机测试50-51
• 5.5 本章小结51-52
• 结论52-53
• 参考文献53-57
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文57-58
• 致谢58

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