基于ZigBee技术的多通道粉尘与环境参数监测系统设计

发布时间：2017-05-18 02:08

  本文关键词：基于ZigBee技术的多通道粉尘与环境参数监测系统设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：空气中的粉尘浓度是衡量空气质量的一个重要指标。粉尘指悬浮在空气中的固体微粒。在生活和工作中,粉尘直接威胁人类健康,能诱发多种职业肺部疾病,特别是在矿山、建筑、制造及其它工业场所,粉尘污染对人的健康影响尤为严重。在高温干燥的环境中,当粉尘浓度超过一定的界限时,可能产生爆炸。因此,温湿度也是一个重要的参考要素。传统的粉尘监测系统使用有线检测设备,需要操作人员携带粉尘检测设备进入检测区域。这种检测办法不仅效率低、易受到监测区域环境的影响,而且需要人工收集数据,不能实时采集数据。课题中无线通信的设计理论是源于Zig Bee通信技术。Zig Bee通信技术可以搭建无线传感网络,具有功耗低、高容能、高安全性、低成本等优点,可以抵抗危险、恶劣的环境条件,忽略监测环境的影响。采用Zig Bee技术可以使得监测系统不再需要布设有线线路,自动组网技术可随意增减节点且改变监测位置,而且低功耗的监测节点,寿命长,使用方便,节省了布线成本,适用于无线粉尘监测点的组网。课题设计的无线监测系统结构由监测节点、Zig Bee网络和用户操作界面三大部分组成。监测节点采用了高性能单片机作为系统控制的核心部件,采集粉尘、温湿度、节点位置等信息。根据光散射理论,当粉尘颗粒经过粉尘传感器的采样腔后,传感器将粉尘反射的光强经光电检测电路转换后,以PWM的形式输出。因此得到相应粒径的粉尘浓度,最终实现对空气中多种不同粒径范围的粉尘进行浓度测量和统计,即实现多通道粉尘浓度的测量。温湿度参数测量则采用SHT10作为温湿度传感器件,将温度和湿度的物理量转换成数字形式的电信号。利用GPS协调时钟,使整个系统各模块时钟同步。在每个监测节点上均设计了液晶显示、按键操作等功能。各监测节点对采集到的各项数据进行本地显示和存储。根据用户操作界面发布的指令要求,将数据传送至到数据集控的上位机,在用户操作界面上显示、分析和存储。用户操作界面采用VB软件进行编写,主要任务:发送指令给监控节点使其传送数据;接收指定监测节点发送的数据信息;然后对数据汇总、分析和处理,一旦有数据超过安全警戒值时立即报警。达到对网络中各监测节点状态的实时监测目的。课题将详细地介绍和讨论多通道粉尘传感器的原理、相关工作电路的设计、以及系统软件的设计。并且对监测节点中各功能模块进行了独立调试和联合测试;监测节点和PC通信测试;用户操作界面运行测试等,结果已经基本实现课题的预期目标。经进一步改善,将可用于监测区域中的环境参数和粉尘信息。
【关键词】：多通道粉尘传感器 ZigBee SHT10 MCU GPS
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN92;TP274
【目录】：

• 中文摘要5-7
• Abstract7-13
• 第一章 绪论13-18
• 1.1 课题研究的背景13-15
• 1.1.1 粉尘危害13
• 1.1.2 无线传感器网络的优势13-14
• 1.1.3 课题意义14-15
• 1.2 国内外发展现状15-16
• 1.2.1 粉尘检测现状15-16
• 1.2.2 无线传感器网络应用现状16
• 1.3 论文的结构及相关工作16-18
• 第二章 监控系统的总体设计与相关技术理论18-27
• 2.1 系统的总体设计18-20
• 2.1.1 系统设计设想18-19
• 2.1.2 系统研发设计流程19-20
• 2.2 ZigBee无线传感器20-23
• 2.2.1 ZigBee无线传感网络介绍20-21
• 2.2.2 ZigBee无线传感网络的拓扑结构21-23
• 2.3 光散射式粉尘传感器理论分析23-25
• 2.3.1 光散射原理的理论解释——Mie理论23-25
• 2.3.2 粉尘浓度的数学模型建立25
• 2.3.3 多通道粉尘传感器原理25
• 2.4 本章小结25-27
• 第三章 监测系统设计（硬件部分）27-44
• 3.1 单片机选型与介绍27-28
• 3.2 ZigBee无线通信模块的选择28-31
• 3.3 多通道粉尘传感器31-35
• 3.3.1 粉尘传感器原理31-32
• 3.3.2 多通道粉尘传感器原理32-33
• 3.3.3 多通道粉尘传感器电路设计33-35
• 3.4 温湿度传感器35-36
• 3.4.1 SHT10 温湿度传感器介绍35-36
• 3.4.2 SHT10 温湿度传感器的接口电路36
• 3.5 GPS模块36-38
• 3.6 DS1302 模块38-40
• 3.7 1602 液晶显示模块40-41
• 3.8 电源设计41-42
• 3.9 系统辅助电路设计42-43
• 3.9.1 复位电路42-43
• 3.9.2 电源电压检测电路43
• 3.10 本章小结43-44
• 第四章 监测系统设计（软件部分）44-51
• 4.1 编程软件简介44-45
• 4.2 监测节点程序设计45-48
• 4.2.1 监测节点主程序设计45-47
• 4.2.2 串口中断子程序设计47-48
• 4.3 用户操作界面设计48-50
• 4.4 本章小结50-51
• 第五章 系统调试与结果分析51-56
• 5.1 监测节点(下位机)软件仿真调试52-53
• 5.2 通信测试53-54
• 5.3 用户操作界面运行情况54-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第六章 总结与展望56-58
• 参考文献58-62
• 附录62-64
• 附录A系统电路板原理图和PCB图62-63
• 附录B系统电路 3D显示图像63-64
• 攻读学位期间公开发表的论文64-65
• 一发表的论文64
• 二参加的学术会议64-65
• 致谢65-66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

1 崔莉,鞠海玲,苗勇,李天璞,刘巍,赵泽;无线传感器网络研究进展[J];计算机研究与发展;2005年01期

2 杨勇;冯志斌;;《粉尘作业场所危害程度分级》解读[J];劳动保护;2010年08期

3 汤永利;赵文静;梁博;赵章界;;基于随机性检测的ZigBee协议安全传输测试方法研究[J];南京理工大学学报;2015年01期

4 叶炳杰;对修订国家《粉尘检测方法》标准的思考[J];中国职业医学;2003年06期

5 周怡

本文编号：374923