当前位置:主页 > 科技论文 > 信息工程论文 >

基于ZigBee无线传感网络的可吸入颗粒物监测系统研究

发布时间:2018-10-30 20:52
【摘要】:空气中的可吸入颗粒物浓度,尤其是PM2.5,一直是评价空气质量好坏的重要指标。这些颗粒物长期悬浮在空气中,很难消散,并且这些颗粒物本身吸附着大量的重金属、细菌等有毒物质,不仅降低了大气能见度,而且对人类的身体健康造成很大危害。传统的监测方法如称重法、筛分法等,自动化程度和检测精度都比较低,已经不能满足现代社会对可吸入颗粒物监测的要求,因此,为了提升系统的自动化程度和检测精度,本文采用根据光的散射原理制成的传感器GP2Y1010AU0F完成对监测数据的采集,采用ZigBee无线传感网络技术完成监测数据的传输,并设计了上位机监测平台,完成监测数据的实时显示。本文的主要研究内容如下:一、无线传感网络通信技术研究详细分析无线通信技术当中ZigBee技术,包括ZigBee的设备类型、拓扑结构、工作模式、地址分配模式、数据传输方式以及ZigBee协议架构。在深入研究ZigBee无线传感网络的基础上,结合GPRS技术,确立了可吸入颗粒监测系统的整体方案。二、完成可吸入颗粒物监测系统的硬件系统设计采用CC2530作为主控芯片,完成节点的硬件系统结构设计。终端节点的硬件电路包括处理器模块、传感器模块、JTAG接口电路和电源模块;ZigBee-GPRS网关节点的硬件电路包括处理器模块、JTAG接口电路、GPRS无线通信模块、SIM卡电路、GPRS电源模块。三、完成可吸入颗粒物监测系统的软件系统设计在Z-STACK协议栈的基础上完成了下位机节点的软件设计,实现数据的采集与传输;提出一种改进的节能路由算法—DE-LEACH算法,加入了距离和剩余能量因素,通过仿真实验证明该算法可以有效延长网络的运行寿命;采用LABVIEW软件完成系统监测平台的设计,实现数据的图形化显示。四、系统整体测试与分析对可吸入颗粒物监测系统的功能进行测试,包括节点的通信能力测试、ZigBee-GPRS网关节点性能测试和上位机软件测试。实验结果显示,节点通信能力强,节点之间组网快速、可靠,传输数据具有实时性;上位机软件运行稳定,能够实时显示监测信息。本系统不仅具有较高的自动化程度,还具有较长的使用寿命,更加方便用户使用。
[Abstract]:The concentration of respirable particulates in air, especially PM2.5, has been an important index to evaluate air quality. These particles are suspended in the air for a long time, it is difficult to dissipate, and the particles themselves absorb a large number of heavy metals, bacteria and other toxic substances, not only reduce the visibility of the atmosphere, but also cause great harm to human health. Traditional monitoring methods, such as weighing method, screening method and so on, have low degree of automation and detection precision, which can no longer meet the requirements of modern society for the monitoring of respirable particulates. Therefore, in order to improve the degree of automation and detection accuracy of the system, Based on the principle of light scattering, the sensor GP2Y1010AU0F is used to collect the monitoring data, the ZigBee wireless sensor network technology is used to transmit the monitoring data, and a monitoring platform is designed to display the monitoring data in real time. The main contents of this paper are as follows: 1. The research of wireless sensor network communication technology including ZigBee technology, including the type of ZigBee device, topology, working mode, address allocation mode, wireless sensor network communication technology research and detailed analysis of wireless communication technology, including the type of equipment, topology, working mode, address allocation mode, Data transfer mode and ZigBee protocol architecture. Based on the research of ZigBee wireless sensor network and GPRS technology, the whole scheme of inhalable particle monitoring system is established. Secondly, the hardware system design of the PM monitoring system is completed. CC2530 is used as the main control chip, and the hardware system structure of the node is designed. The hardware circuit of terminal node includes processor module, sensor module, JTAG interface circuit and power supply module. The hardware circuit of ZigBee-GPRS gateway node includes processor module, JTAG interface circuit, GPRS wireless communication module, SIM card circuit and GPRS power module. Third, the design of the software system of the respirable particulates monitoring system is completed. Based on the Z-STACK protocol stack, the software design of the lower computer node is completed, and the data collection and transmission are realized. In this paper, an improved energy-saving routing algorithm, DE-LEACH algorithm, is proposed. The distance and residual energy factors are added to the algorithm. The simulation results show that the algorithm can effectively prolong the network life. LABVIEW software is used to complete the design of the system monitoring platform and realize the graphical display of the data. Fourth, the whole system tests and analyses the function of the PMMS, including the communication ability test of the node, the performance test of the ZigBee-GPRS gateway node and the software test of the host computer. The experimental results show that the nodes have strong communication ability, fast and reliable networking between nodes, real-time transmission of data, and the host computer software runs stably and can display monitoring information in real time. The system not only has a higher degree of automation, but also has a longer service life, more user-friendly.
【学位授予单位】:天津理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP212.9;TN92;TP274

【相似文献】

相关期刊论文 前5条

1 王佳琳;可吸入颗粒物严重威胁人类健康[J];今日科技;2001年09期

2 李卫军,邵龙义,吕森林;北京西北城区2002年春季大气可吸入颗粒物的粒度分布特征[J];电子显微学报;2004年05期

3 隋建才,徐明厚,丘纪华;燃煤过程中可吸入颗粒物污染与我国能源发展[J];科技导报;2004年05期

4 赵文慧;宫辉力;赵文吉;唐涛;;北京市可吸入颗粒物的空间分布特征及与气象因子的CCA分析[J];地理与地理信息科学;2009年01期

5 李朝辉;郑瑜;兰秀娟;宁薇;周呼德;;沙尘暴期间总悬浮颗粒物与可吸入颗粒物的关系[J];科技传播;2013年01期

相关会议论文 前10条

1 刘玺璞;章鹏飞;许继云;米建春;;可吸入颗粒物研究中的实验方法[A];第十五届中国电除尘学术会议论文集[C];2013年

2 刘宁微;马雁军;张菁;;可吸入颗粒物引发的沈阳冬季污染过程研究[A];第十届全国气溶胶会议暨第六届海峡两岸气溶胶技术研讨会摘要集[C];2009年

3 傅巍;蔡九菊;董辉;张亚田;;城市大气可吸入颗粒物的控制技术研究[A];发展循环经济 落实科学发展观——中国环境科学学会2004年学术年会论文集[C];2004年

4 王小刚;李海滨;向银花;赵增立;陈勇;;废弃物燃烧产生的可吸入颗粒物中金属元素的排放特性研究[A];2005年中国生物质能技术与可持续发展研讨会论文集[C];2005年

5 张学敏;庄马展;王坚;曹超;;主因子分析法在厦门市可吸入颗粒物源解析上的应用初探[A];中国环境科学学会2006年学术年会优秀论文集(上卷)[C];2006年

6 洪盛茂;焦荔;包贞;;杭州市区可吸入颗粒物的污染特征及受气象因素的影响[A];第九届全国气溶胶会议暨第三届海峡两岸气溶胶技术研讨会论文集[C];2007年

7 李晋;;可吸入颗粒物造成的健康损失价值估算[A];发挥资源科技优势 保障西部创新发展——中国自然资源学会2011年学术年会论文集(下册)[C];2011年

8 李晋;;可吸入颗粒物造成的健康损失价值估算[A];地理学核心问题与主线——中国地理学会2011年学术年会暨中国科学院新疆生态与地理研究所建所五十年庆典论文摘要集[C];2011年

9 陈玉鑫;陈旭;汪庆华;查良镇;;可吸入颗粒物样品采集及分析方法研究[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展(下册)[C];2001年

10 李炬;张晓玲;徐晓峰;徐静;曹晓彦;;北京局地环流对可吸入颗粒物影响观测试验[A];中国气象学会2007年年会大气成分观测、研究与预报分会场论文集[C];2007年

相关重要报纸文章 前10条

1 赵关良;车内可吸入颗粒物超标严重[N];中国环境报;2007年

2 记者 王晓雁;5年内可吸入颗粒物须降12%[N];法制日报;2013年

3 陶昕;可吸入颗粒物有哪些危害[N];南充日报;2005年

4 本报记者 胡军;解读可吸入颗粒物[N];中国消费者报;2002年

5 张淼淼;“可吸入颗粒物”:成兑现奥运承诺的最大难题[N];新华每日电讯;2007年

6 李静 葛涛;可吸入颗粒物 沼气燃料电池国际合作项目通过验收[N];中国化工报;2009年

7 本报通讯员 夏杰 杨智;带来洁净的空气[N];中国气象报;2009年

8 陈菲;不可小视档案馆中的可吸入颗粒物[N];中国档案报;2010年

9 本报记者 秦维 采写整理;将可吸入颗粒物列入约束性指标[N];团结报;2011年

10 记者 彭玮蔚;长沙可吸入颗粒物创低值[N];长沙晚报;2011年

相关博士学位论文 前7条

1 陈晓乐;人体呼吸道内可吸入颗粒物的气固两相流数值模拟与仿生实验[D];东南大学;2015年

2 张强华;南京市工业和商业区域可吸入颗粒物的污染特征及控制研究[D];南京理工大学;2012年

3 陈圆圆;基于遥感与模式技术的华东地区可吸入颗粒物预报方法研究[D];华东师范大学;2013年

4 潘峰;车内可吸入颗粒物热运动分析[D];吉林大学;2009年

5 姚刚;燃煤可吸入颗粒物声波团聚[D];东南大学;2006年

6 刘彦飞;哈尔滨市可吸入颗粒物物理化学特征及生物活性研究[D];中国矿业大学(北京);2010年

7 陈飞;城市可吸入颗粒物的来源解析及二次有机气溶胶形成的研究[D];南京理工大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 景慧敏;北京可吸入颗粒物中元素地球化学特征与健康风险评价[D];中国地质大学(北京);2015年

2 李玲琪;大气可吸入颗粒物中铅含量的测定[D];北京理工大学;2015年

3 顾建祥;湖州市大气污染对人体健康影响研究[D];浙江工业大学;2015年

4 张志宏;北京市大气可吸入颗粒物(PM_(10))时空分布规律研究及人口暴露分析[D];内蒙古大学;2014年

5 张肖静;关于我国31个主要城市可吸入颗粒物PM_(10)的空间分布特征分析及影响因素研究[D];天津财经大学;2014年

6 高山;网吧室内环境检测及分析研究[D];安徽理工大学;2016年

7 曹宁;典型燃煤城市冬季小学室内外可吸入颗粒物污染特征和健康风险评价[D];河南理工大学;2015年

8 师云泽;可吸入颗粒声波团聚实验研究[D];华北电力大学(北京);2016年

9 胡惠敏;声场作用下粉煤灰可吸入颗粒物团聚的实验研究[D];上海应用技术大学;2016年

10 肖瑶;北京地表温度与可吸入颗粒物时空分布及其关联分析[D];首都师范大学;2012年



本文编号:2301151

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/xinxigongchenglunwen/2301151.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户a8dfe***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com