基于物联网技术的智慧实验室的研究与设计

发布时间：2017-09-26 03:11

  本文关键词：基于物联网技术的智慧实验室的研究与设计

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【摘要】：随着国家教育水平的发展,国家以及各高校在实验室的建设与改造中的投入越来越大,但是传统实验室的仪器设备管理、实验人员的信息管理、基础设施管理和环境条件监测等方面一直存在着较大问题。如小型仪器设备管理难度大且容易丢失；贵重仪器因为怕丢失损坏而常年锁在柜子里,设备利用率极低；耗材消耗快速而不便登记管理；照明灯光、空调、电扇等电气设备电能浪费严重；实验台电源无法智能管理,存在安全隐患；没有必要的安防设备与环境条件监测设备,更没有完善的智能监控系统以确保实验室的安全；实验室人员出入随意,没有快捷方便的登记与智能管理系统。而高校实验室作为人才培养的实践基地,肩负着“引领创新、培养人才”的重要使命。因此,研究、设计和建设“智慧实验室”具有较大的实际应用价值和广阔的推广应用前景。本文首先研究分析了智慧实验室的国内外研究现状,提出了智慧实验室的系统架构和功能定义,制定了Router节点与Device节点、Router节点与服务器之间的通信方案,并设计了数据通信协议,完成了智慧实验室总体框架设计。其次,在智慧实验室总体框架下设计开发了Device节点开发平台,并基于此开发平台设计并实现了多种不同功能的Device节点,如智能LED节点、智能插座节点、温湿度监测节点和电动窗帘控制节点等。再次,基于Visual Studio开发平台,使用C#语言开发完成服务器程序与PC客户端程序；基于Eclipse开发平台,使用Java语言开发完成安卓手机客户端程序。最后,对智慧实验室系统进行整合调试,在实现功能的前提下,对其稳定性进行测试,并作改进,使智慧实验室系统的稳定性得到极大提高。
【关键词】：智慧实验室 物联网 ZigBee 节点 服务器 客户端
【学位授予单位】：华北电力大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP311.52;TP391.44;TN929.5
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-15
• 1.1 选题背景及意义10-11
• 1.2 国内外研究现状及发展动态11-13
• 1.2.1 物联网的研究现状及发展动态11-13
• 1.2.2 智慧实验室的发展现状及研究动态13
• 1.3 论文的研究内容和主要工作13-15
• 第2章 智慧实验室系统的总体设计15-22
• 2.1 智慧实验室系统的架构设计15-16
• 2.1.1 物联网应用系统架构研究15
• 2.1.2 基于物联网技术的智慧实验室系统架构15-16
• 2.2 智慧实验室系统的功能设计16-18
• 2.2.1 智慧实验室整体功能构想16-17
• 2.2.2 智慧实验室开发平台的功能设计17
• 2.2.3 智慧实验室系统中Router节点的功能设计17-18
• 2.2.4 智慧实验室系统中Device节点的功能设计18
• 2.3 智慧实验室系统的通信协议设计18-20
• 2.3.1 命令帧格式设计18-19
• 2.3.2 命令字节解析19-20
• 2.4 智慧实验室系统的通信方案设计20-21
• 2.4.1 Router节点与Device节点通信方案设计20-21
• 2.4.2 Router节点与服务器通信方案设计21
• 2.5 本章小结21-22
• 第3章 智慧实验室系统的硬件设计22-41
• 3.1 Router节点的硬件设计22-25
• 3.1.1 核心控制器的选择及其与外围模块的接口设计22-23
• 3.1.2 OV2640摄像头模块设计23-24
• 3.1.3 DP83848以太网模块设计24
• 3.1.4 Router节点的PCB设计24-25
• 3.2 Device节点开发平台的硬件设计25-29
• 3.2.1 基于MSP430的Device节点开发平台的硬件设计26-27
• 3.2.2 基于STM32的Device节点开发平台的硬件设计27-29
• 3.3 智能LED节点的硬件设计29-31
• 3.3.1 LED亮度调节电路的设计分析30
• 3.3.2 智能LED节点电路PCB设计30-31
• 3.4 智能插座节点的硬件设计31-34
• 3.4.1 电源监测与电能计量电路的设计分析32-33
• 3.4.2 电源开关电路的设计分析33
• 3.4.3 智能插座节点电路PCB设计33-34
• 3.5 温湿度监测节点的硬件设计34-37
• 3.5.1 温度检测电路的设计分析35-36
• 3.5.2 湿度检测电路的设计分析36-37
• 3.5.3 温湿度监测节点电路PCB设计37
• 3.6 电动窗帘控制节点的硬件设计37-39
• 3.6.1 电动窗帘控制电路的设计分析38
• 3.6.2 电动窗帘控制节点电路PCB设计38-39
• 3.7 本章小结39-41
• 第4章 智慧实验室系统中Router节点与Device节点的软件设计41-57
• 4.1 基于ZigBee协议的串口透传设计41-44
• 4.1.1 ZigBee网络中的设备类型分析41
• 4.1.2 串口透传设计41-44
• 4.2 Router节点的软件设计44-47
• 4.2.1 OV2640模块数据读取程序设计45-46
• 4.2.2 调用LwIP协议栈实现网络数据传输46-47
• 4.3 Device节点开发平台的软件设计47-50
• 4.4 智能LED节点的软件设计50
• 4.5 智能插座节点的软件设计50-54
• 4.5.1 CS5463的初始化及配置50-52
• 4.5.2 CS5463的校准52-53
• 4.5.3 CS5463测量结果读取53
• 4.5.4 智能插座节点的相关命令53-54
• 4.6 温湿度监测节点的软件设计54-55
• 4.6.1 温湿度数据采集处理54-55
• 4.6.2 温湿度监测节点的相关命令55
• 4.7 电动窗帘控制节点的软件设计55-56
• 4.8 本章小结56-57
• 第5章 智慧实验室系统中服务器与客户端的软件设计57-65
• 5.1 服务器的软件设计57-61
• 5.1.1 服务器的程序开发环境和总体功能设计57
• 5.1.2 服务器的程序界面设计57-59
• 5.1.3 网络通信设计59-60
• 5.1.4 服务器数据存储设计60-61
• 5.1.5 新用户注册功能设计61
• 5.2 PC客户端的软件设计61-63
• 5.2.1 PC客户端的程序设计61-62
• 5.2.2 PC客户端的界面设计62-63
• 5.3 安卓手机客户端的软件设计63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 第6章 智慧实验室系统综合调试65-73
• 6.1 智慧实验室系统功能调试65-70
• 6.1.1 服务器对智慧实验室系统的管理控制功能调试65-68
• 6.1.2 PC客户端对智慧实验室系统的管理控制功能调试68-69
• 6.1.3 安卓手机客户端对智慧实验室系统的管理控制功能调试69-70
• 6.2 智慧实验室系统稳定性调试70-72
• 6.2.1 Device节点掉电重连70-71
• 6.2.2 Router节点掉电重连71-72
• 6.3 本章小结72-73
• 第7章 总结与展望73-74
• 参考文献74-77
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果77-78
• 致谢78

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 李俊斌;胡永忠;;基于CC2530的ZigBee通信网络的应用设计[J];电子设计工程;2011年16期

2 陈海明;崔莉;谢开斌;;物联网体系结构与实现方法的比较研究[J];计算机学报;2013年01期

3 孔栋;郑建宏;;嵌入式TCPIP协议栈LWIP在ARM平台上的移植与应用[J];通信技术;2008年06期

4 彭燕;;基于ZigBee的无线传感器网络研究[J];现代电子技术;2011年05期

5 郑国恒;颜小飞;黄新超;;温控触摸型LED工业X射线观片灯[J];照明工程学报;2012年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 王文智;激发光和环境温度可调的超微弱发光探测系统研究[D];重庆大学;2008年

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本文编号：921113