空气质量监测无线传感器的多链路双向通信机制研究
发布时间：2021-11-19 13:27
21世纪随着人们环保意识提高,对环境信息需求量加大。面向移动平台与环境空气在线高密度监测,本文设计了空气质量监测无线传感器的多链路双向通信机制。目前的空气质量监测仪产品质量良莠不齐,通常具有监测的气体单一、不具备通信功能,携带不够便携的问题。针对以上问题,本文设计了基于STM32的空气质量监测无线传感器系统,并针对数据通信协议和通信机制进行了深入的研究,为了保证系统的可控性和安全性,对网络延迟进行预测,并将传输的数据加密,最后探讨网络代价,从而为空气质量的监测系统的多链路设计提供了科学且系统化的技术支持。纵观全文,本文的主要研究内容有:（1）搭建硬件平台。采用STM32F103RCT6作为主控芯片,通过多合一传感器进行数据的采集,TFT式屏幕实时显示数据,分别通过4G、Wi-Fi、NB-IoT、Lor a通信模块上传数据。（2）在硬件平台之上利用C语言进行嵌入式软件开发,在STM32平台移植Fre eRTOS操作系统,根据系统功能分配各任务的优先级,使系统具有空气质量监测的功能,并且上传带有RTC功能的时间戳的数据包,实现空气质量数据的实时上传。本文将对多种通信模块的通信特点及软件设计...
【文章来源】：沈阳大学辽宁省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
G模块初始化设置Fig.2.5TheinitializationSettingsof4Gmodule
沈阳大学硕士学位论文16节。与其他现有技术相比，LoRa是一种调制技术，能够在数十公里的范围内传输信息[44]。本系统选用Lora作为通信方式时，系统采用主从结构，主从机通过Lora主从点对点进行数据无线通信。主机由Lora主机、主控芯片与Wi-Fi模块组成。主控芯片通过Lora主机向Lora从机下发命令和接收数据。从机采用Lora从机模块将传感器PTQS1005采集到数据向主机发送。Lora模块实物图如图2.8所示。图2.8Lora模块实物图Fig.2.8TherealpictureofLoramodule2.6数据存储模块本系统采用外部SPIFlash进行数据存储，芯片型号为W25Q16。它具有掉电数据不丢失、快速的数据存取速度、电可擦除、容量大、在线可编程、价格低廉以及足够多的擦写次数(一百万次)和较高的可靠性等诸多优点[45,63]。当网络出现错误时，将数据存储在本芯片中，芯片存储容量为2M，可以满足本系统连续存储6天的数据需求。W25Q16与主控芯片的通信方式为SPI。2.7系统供电模块在现有的产品之上考虑便携性，本系统设计了兼容USB供电和电蓄电池两种供电方式，产品可独立供电，结构简单，方便接入任意组网方式。USB接口连接UPS模块可直接向主控芯片、外围芯片供电。同时UPS模块也可以连接锂电池向主控芯片与外围芯片供电。锂电池的额定输出电压为3.7V，容量为6000mAh。经过实际的实验测量开发
USB接口主控芯片与外围芯片UPS模块 锂电池主控芯片与外围芯片 图 2.9 供电模块结构图 Fig.2.9 The structure drawing of power supply module
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析古蔺县第三次全国国土调查监理工作[J]. 张熙,薛敬桃. 国土资源导刊. 2019(04)
[2]无线传感器网络时钟同步技术的研究与发展[J]. 郭震津,郑宾. 自动化与仪表. 2019(08)
[3]工业数据解析及传输服务器硬件电路设计[J]. 华洋杰,张春苗. 机电工程技术. 2019(06)
[4]基于Wi-Fi的空气质量监测无线传感器系统设计[J]. 程远航,许雪姝,杜英魁,关屏,赵丽娟,刘枢. 传感器与微系统. 2019(07)
[5]基于欧式距离与灰色预测模型的机床主轴剩余寿命研究[J]. 张文豪,施展. 制造业自动化. 2019(03)
[6]基于窄带物联网智能燃气表系统设计与实现[J]. 宋洪儒,王宜怀,杨凡. 传感器与微系统. 2019(03)
[7]面向智慧农业的复合型LoRa网关[J]. 高亚旭,张榕佐,兰西柱,王赛,王丰伟. 中国科技信息. 2019(Z1)
[8]一种AES算法加密传输系统的设计与实现[J]. 杨静. 电子设计工程. 2019(03)
[9]基于NB-IoT/LoRa的工业环境安全监测系统设计[J]. 孙锦全,石峰. 传感器世界. 2018(11)
[10]NB-IoT在智慧城市建设中的应用[J]. 樊慧珍,王磊. 技术与市场. 2018(12)
博士论文
[1]分组密码AES和SMS4的安全性分析[D]. 董晓丽.西安电子科技大学 2011
硕士论文
[1]AES算法研究及FPGA实现[D]. 杨帆.北京工业大学 2014
[2]无线传感器网络农业远程监控系统的设计与实现[D]. 梁玉芬.北京交通大学 2007
[3]基于无线网络的高扩展性嵌入式环境监控系统[D]. 蒋维.浙江大学 2006
本文编号：3505136
【文章来源】：沈阳大学辽宁省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
G模块初始化设置Fig.2.5TheinitializationSettingsof4Gmodule
沈阳大学硕士学位论文16节。与其他现有技术相比，LoRa是一种调制技术，能够在数十公里的范围内传输信息[44]。本系统选用Lora作为通信方式时，系统采用主从结构，主从机通过Lora主从点对点进行数据无线通信。主机由Lora主机、主控芯片与Wi-Fi模块组成。主控芯片通过Lora主机向Lora从机下发命令和接收数据。从机采用Lora从机模块将传感器PTQS1005采集到数据向主机发送。Lora模块实物图如图2.8所示。图2.8Lora模块实物图Fig.2.8TherealpictureofLoramodule2.6数据存储模块本系统采用外部SPIFlash进行数据存储，芯片型号为W25Q16。它具有掉电数据不丢失、快速的数据存取速度、电可擦除、容量大、在线可编程、价格低廉以及足够多的擦写次数(一百万次)和较高的可靠性等诸多优点[45,63]。当网络出现错误时，将数据存储在本芯片中，芯片存储容量为2M，可以满足本系统连续存储6天的数据需求。W25Q16与主控芯片的通信方式为SPI。2.7系统供电模块在现有的产品之上考虑便携性，本系统设计了兼容USB供电和电蓄电池两种供电方式，产品可独立供电，结构简单，方便接入任意组网方式。USB接口连接UPS模块可直接向主控芯片、外围芯片供电。同时UPS模块也可以连接锂电池向主控芯片与外围芯片供电。锂电池的额定输出电压为3.7V，容量为6000mAh。经过实际的实验测量开发
USB接口主控芯片与外围芯片UPS模块 锂电池主控芯片与外围芯片 图 2.9 供电模块结构图 Fig.2.9 The structure drawing of power supply module
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅析古蔺县第三次全国国土调查监理工作[J]. 张熙,薛敬桃. 国土资源导刊. 2019(04)
[2]无线传感器网络时钟同步技术的研究与发展[J]. 郭震津,郑宾. 自动化与仪表. 2019(08)
[3]工业数据解析及传输服务器硬件电路设计[J]. 华洋杰,张春苗. 机电工程技术. 2019(06)
[4]基于Wi-Fi的空气质量监测无线传感器系统设计[J]. 程远航,许雪姝,杜英魁,关屏,赵丽娟,刘枢. 传感器与微系统. 2019(07)
[5]基于欧式距离与灰色预测模型的机床主轴剩余寿命研究[J]. 张文豪,施展. 制造业自动化. 2019(03)
[6]基于窄带物联网智能燃气表系统设计与实现[J]. 宋洪儒,王宜怀,杨凡. 传感器与微系统. 2019(03)
[7]面向智慧农业的复合型LoRa网关[J]. 高亚旭,张榕佐,兰西柱,王赛,王丰伟. 中国科技信息. 2019(Z1)
[8]一种AES算法加密传输系统的设计与实现[J]. 杨静. 电子设计工程. 2019(03)
[9]基于NB-IoT/LoRa的工业环境安全监测系统设计[J]. 孙锦全,石峰. 传感器世界. 2018(11)
[10]NB-IoT在智慧城市建设中的应用[J]. 樊慧珍,王磊. 技术与市场. 2018(12)
博士论文
[1]分组密码AES和SMS4的安全性分析[D]. 董晓丽.西安电子科技大学 2011
硕士论文
[1]AES算法研究及FPGA实现[D]. 杨帆.北京工业大学 2014
[2]无线传感器网络农业远程监控系统的设计与实现[D]. 梁玉芬.北京交通大学 2007
[3]基于无线网络的高扩展性嵌入式环境监控系统[D]. 蒋维.浙江大学 2006
本文编号：3505136
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