智能实验室监测系统的设计
发布时间：2020-12-18 12:54
高校实验室存放着许多精密的科研仪器和一些易燃、易爆的实验物品,而且实验室使用频繁,容易造成突发性事故的发生,在严重威胁到科研人员人身安全的同时,也给学校带来巨大的财产损失。因此,如何保证实验器材安全可靠,保证危险物品安全存放,尽可能消除对人身和财产的安全隐患,已经成为社会关注的问题。在此背景下,本文设计了智能实验室监控系统,该系统通过ZigBee无线通信技术,实现实验室环境的全覆盖。通过使用温湿度传感器、光照度传感器、火焰传感器、气体传感器、人体红外传感器等多种传感设备对实验室环境进行监测。通过由ZigBee模块和WiFi模块组成的网关完成终端与上层应用之间的数据传输,结合OneNET物联网开放平台的数据接收与处理能力,实现整个系统的环境监测功能。与传统的监控系统相比,本系统使用无线通信技术和各种传感器,可解决传统监控系统中布线困难、适应性不强等问题。通过测试,在ZigBee网络节点的有效覆盖空间内,传感网络能够很快建立起来,并可以实时有效的进行数据采集和传输。系统安装维护简单,用户界面友好,并且具有良好的可扩展性,能够及时发现各种安全隐患从而保障实验室的正常使用,降低管理人员的工作强...
【文章来源】： 袁兰停 江西师范大学
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验室监测系统整体结构
?壬璞钢校?迪指骼嗌璞?之间随时随地的进行通信[21-22]。LoRa是由Semtech公司开发的一种扩频技术，主要在868MHz、915MHz、433MHz3个频段中进行工作[23]，具有通信距离长、功耗低、容量大的优点，是一种新的无线通信技术[24]。LoRa的通信范围在2km至5km，在没有遮挡物的情况下通信距离可以达到15km，其通信范围主要受所处环境和天线的影响[25-26]。ZigBee技术是一种短距离、低功耗、传输速率低、模块价格低的无线通信技术，常被用于各种自动控制和远程控制领域中[27-28]。常见无线通信协议在传输距离和传输速率方面的对比如图2-2所示。其中的WirelessUSB和Cellular分别用来传输视频和音频，这里就不具体介绍。图2-2常见无线通信协议对比智能实验室环境监测系统主要通过无线网络，实现对实验室环境参数的检测与传输，监测是否有火灾发生并发出警报，其数据传输量比较小，ZigBee无线通信技术主要应用在距离短、对功耗要求低、不需要高速的传输速率的各种
9智能实验室监测系统的设计图2-3ZigBee网络拓扑结构星型网络拓扑结构比较简单，只包含一个协调器节点和许多终端设备节点，协调器在网络中处于中心位置，每个终端节点只能和协调器节点进行通信。如果两个终端设备节点之间需要进行通信就必须通过协调器节点进行信息的转发。当网络中的节点处于正常工作状态时，如果有一个终端节点出现问题无法进行正常工作，不会影响其他节点的工作状态，这就提高了整个网络的稳定性和可靠性。树型网络拓扑结构是一个三层结构，下面一层是由终端节点构成，中间一层是路由器节点，上面一层是协调器节点。协调器下连接一系列的路由器节点和终端设备节点，同时，协调器的子节点路由器也可以连接一系列的路由器节点和终端设备节点，这样连接方式可以重复多个层级。网状网络拓扑结构同样包含协调器、路由器和终端设备三种设备类型。网状拓扑结构比较复杂，但协调器仍然是整个网络的中心，控制着整个网路。通过网状拓扑结构可以扩大传输距离，这是因为其网络中的路由器节点和协调器节点之间可以进行各种自由多变的连接。2.2.3ZigBee协议规范简介ZigBee规范标准定义了在IEEE802.15.4物理层和介质访问层基础上的网络层和应用层。在应用层内又分为应用支持子层和ZigBee设备对象，应用框架中则加入了用户自定义的应用对象[42]。总之，ZigBee协议可以分为四层：物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、网络层(NWK)及应用层(APL)[43]。如图2-4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]物联网发展及应用前景分析[J]. 于浩淼. 通信电源技术. 2019(11)
[2]《2018-2019中国物联网发展年度报告》发布[J]. 余伟婷. 物联网技术. 2019(09)
[3]ZigBee应用前景浅析[J]. 王琳煜,郭创建. 现代信息科技. 2019(15)
[4]基于LoRa物联网技术的实验室安全监测系统的设计与实现[J]. 刘辉席,杨祯,朱珠,刘守印. 实验技术与管理. 2019(07)
[5]基于热释电红外传感器的车内实时人流量检测系统[J]. 解晨,刘建科,毛晓姝,高媛. 电子设计工程. 2019(07)
[6]基于单片机的灭火机器人控制系统设计[J]. 俞仁,赵虹,王政忠,何继靖,田道德. 轻工科技. 2019(03)
[7]基于CC2530的无线传感器网络节点设计[J]. 白宏图. 电子设计工程. 2019(05)
[8]化学气相沉积技术在中低温选择性还原脱硝催化剂和光电领域的应用[J]. 陈琛,董艳苹. 广东化工. 2019(02)
[9]基于WiFi与ZigBee的山区农田环境监测系统研究[J]. 韩团军. 现代电子技术. 2019(02)
[10]基于ESP8266的信号采集终端设计[J]. 罗章,贾程乾,于津璎,李佩锦,甘琳巧,刘帅. 电子世界. 2018(23)
博士论文
[1]物联网产业发展的理论分析与对策研究[D]. 苏美文.吉林大学 2015
硕士论文
[1]基于物联网技术的智慧实验室管理系统的研究与应用[D]. 刘君玲.西安电子科技大学 2019
[2]基于WiFi的室内环境监测系统设计[D]. 张恒.安徽大学 2019
[3]物联网设备发现与管理技术研究与应用[D]. 刘博伟.南京邮电大学 2018
[4]基于WiFi的空调监控管理系统研究[D]. 王梦宇.天津科技大学 2018
[5]基于ZigBee技术的温室智能监控系统[D]. 聂灵风.陕西科技大学 2018
[6]基于物联网的智能实验室气体环境监测系统设计[D]. 陈亚运.郑州大学 2017
[7]基于ZigBee的高校实验室管理系统关键技术研究[D]. 徐仕宝.西华师范大学 2017
[8]基于ZigBee技术的独居老人远程监护系统的设计与实现[D]. 郭青.河北工程大学 2016
[9]基于ZigBee-WiFi的楼宇火灾监测系统的设计[D]. 齐美妮.大连理工大学 2016
[10]基于ZigBee无线网络的实验室安全监控系统[D]. 汤仕晖.宁波大学 2015
本文编号：2924032
【文章来源】： 袁兰停 江西师范大学
【文章页数】：53 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
实验室监测系统整体结构
?壬璞钢校?迪指骼嗌璞?之间随时随地的进行通信[21-22]。LoRa是由Semtech公司开发的一种扩频技术，主要在868MHz、915MHz、433MHz3个频段中进行工作[23]，具有通信距离长、功耗低、容量大的优点，是一种新的无线通信技术[24]。LoRa的通信范围在2km至5km，在没有遮挡物的情况下通信距离可以达到15km，其通信范围主要受所处环境和天线的影响[25-26]。ZigBee技术是一种短距离、低功耗、传输速率低、模块价格低的无线通信技术，常被用于各种自动控制和远程控制领域中[27-28]。常见无线通信协议在传输距离和传输速率方面的对比如图2-2所示。其中的WirelessUSB和Cellular分别用来传输视频和音频，这里就不具体介绍。图2-2常见无线通信协议对比智能实验室环境监测系统主要通过无线网络，实现对实验室环境参数的检测与传输，监测是否有火灾发生并发出警报，其数据传输量比较小，ZigBee无线通信技术主要应用在距离短、对功耗要求低、不需要高速的传输速率的各种
9智能实验室监测系统的设计图2-3ZigBee网络拓扑结构星型网络拓扑结构比较简单，只包含一个协调器节点和许多终端设备节点，协调器在网络中处于中心位置，每个终端节点只能和协调器节点进行通信。如果两个终端设备节点之间需要进行通信就必须通过协调器节点进行信息的转发。当网络中的节点处于正常工作状态时，如果有一个终端节点出现问题无法进行正常工作，不会影响其他节点的工作状态，这就提高了整个网络的稳定性和可靠性。树型网络拓扑结构是一个三层结构，下面一层是由终端节点构成，中间一层是路由器节点，上面一层是协调器节点。协调器下连接一系列的路由器节点和终端设备节点，同时，协调器的子节点路由器也可以连接一系列的路由器节点和终端设备节点，这样连接方式可以重复多个层级。网状网络拓扑结构同样包含协调器、路由器和终端设备三种设备类型。网状拓扑结构比较复杂，但协调器仍然是整个网络的中心，控制着整个网路。通过网状拓扑结构可以扩大传输距离，这是因为其网络中的路由器节点和协调器节点之间可以进行各种自由多变的连接。2.2.3ZigBee协议规范简介ZigBee规范标准定义了在IEEE802.15.4物理层和介质访问层基础上的网络层和应用层。在应用层内又分为应用支持子层和ZigBee设备对象，应用框架中则加入了用户自定义的应用对象[42]。总之，ZigBee协议可以分为四层：物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、网络层(NWK)及应用层(APL)[43]。如图2-4所示。
【参考文献】：
期刊论文
[1]物联网发展及应用前景分析[J]. 于浩淼. 通信电源技术. 2019(11)
[2]《2018-2019中国物联网发展年度报告》发布[J]. 余伟婷. 物联网技术. 2019(09)
[3]ZigBee应用前景浅析[J]. 王琳煜,郭创建. 现代信息科技. 2019(15)
[4]基于LoRa物联网技术的实验室安全监测系统的设计与实现[J]. 刘辉席,杨祯,朱珠,刘守印. 实验技术与管理. 2019(07)
[5]基于热释电红外传感器的车内实时人流量检测系统[J]. 解晨,刘建科,毛晓姝,高媛. 电子设计工程. 2019(07)
[6]基于单片机的灭火机器人控制系统设计[J]. 俞仁,赵虹,王政忠,何继靖,田道德. 轻工科技. 2019(03)
[7]基于CC2530的无线传感器网络节点设计[J]. 白宏图. 电子设计工程. 2019(05)
[8]化学气相沉积技术在中低温选择性还原脱硝催化剂和光电领域的应用[J]. 陈琛,董艳苹. 广东化工. 2019(02)
[9]基于WiFi与ZigBee的山区农田环境监测系统研究[J]. 韩团军. 现代电子技术. 2019(02)
[10]基于ESP8266的信号采集终端设计[J]. 罗章,贾程乾,于津璎,李佩锦,甘琳巧,刘帅. 电子世界. 2018(23)
博士论文
[1]物联网产业发展的理论分析与对策研究[D]. 苏美文.吉林大学 2015
硕士论文
[1]基于物联网技术的智慧实验室管理系统的研究与应用[D]. 刘君玲.西安电子科技大学 2019
[2]基于WiFi的室内环境监测系统设计[D]. 张恒.安徽大学 2019
[3]物联网设备发现与管理技术研究与应用[D]. 刘博伟.南京邮电大学 2018
[4]基于WiFi的空调监控管理系统研究[D]. 王梦宇.天津科技大学 2018
[5]基于ZigBee技术的温室智能监控系统[D]. 聂灵风.陕西科技大学 2018
[6]基于物联网的智能实验室气体环境监测系统设计[D]. 陈亚运.郑州大学 2017
[7]基于ZigBee的高校实验室管理系统关键技术研究[D]. 徐仕宝.西华师范大学 2017
[8]基于ZigBee技术的独居老人远程监护系统的设计与实现[D]. 郭青.河北工程大学 2016
[9]基于ZigBee-WiFi的楼宇火灾监测系统的设计[D]. 齐美妮.大连理工大学 2016
[10]基于ZigBee无线网络的实验室安全监控系统[D]. 汤仕晖.宁波大学 2015
本文编号：2924032
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