具有车载备援节点的无线传感网气体监测分析系统
发布时间：2021-10-22 23:34
环境气体的监测既可以保障人类生活的安全,也能够避免生产事故的发生,如生产生活中常见的有厨房的天然气监测、矿井下瓦斯气体监测、化工厂敏感气体监测、库房温湿度粉尘监测等。因为环境具有流通性,气体具备扩散性,如果泄漏事故发生而警报不够迅速,那么轻微意外就可能造成严重后果,甚至带来人员伤亡。因此,实际应用中对环境信息监测系统的有效监测范围、灵敏度、实时性等技术指标有很高的要求。本文针对以上需求设计了一套基于SI4463的无线传感网气体监测系统。系统硬件包括协调器,终端固定监测节点以及终端车载监测节点。采用SI4463通信芯片进行数据传输,选用STM32F103主控芯片进行组网协议的具体实现,并由此创建无线传感器监测网络。协调器主要进行两部分工作,一是负责收集各个监测节点的检测数据,并通过USB将这些信息传输到客户端。二是将上位机的控制命令传递给车载节点。终端固定监测节点部署在不同的监测位置,开展环境信息的获取工作,并将收集的数据发送到协调器。终端设备上装有的检测装置包括TGS813可燃气体传感器以及DHT11温湿度测量模块。为了弥补固定监测节点的不足,增加系统整体的灵活性,扩展系统监测范围,设...
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 无线气体监测技术发展现状
1.3 气体传感器技术发展现状
1.4 本文工作及结构安排
第2章 无线气体监测系统整体设计
2.1 需求分析
2.2 无线电频率
2.3 无线网络技术
2.3.1 WIFI技术
2.3.2 4G技术
2.3.3 Bluetooth技术
2.3.4 ZigBee技术
2.3.5 SimpliciTi技术
2.3.6 433MHz组网方案
2.4 系统结构设计
2.5 本章小结
第3章 无线气体监测系统硬件部分
3.1 硬件设备组成结构
3.2 SI4463无线模块
3.3 电源模块
3.3.1 LM1117和HT7333电源模块
3.3.2 AOZ1051电源模块
3.4 传感器模块
3.4.1 TGS813气敏传感器
3.4.2 传感器模块电路
3.5 显示及报警模块
3.6 固定监测节点
3.6.1 固定监测节点底板
3.6.2 固定监测节点核心板
3.7 协调器
3.8 车载节点
3.8.1 电机驱动模块
3.8.2 车载节点电路结构
3.9 本章小结
第4章 无线气体监测系统控制程序部分
4.1 控制程序结构
4.2 组网功能的设计与实现
4.2.1 命令帧与数据域
4.2.2 网络拓扑结构
4.2.3 带预备命令的轮询组网方式
4.3 显示及声光报警功能
4.3.1 OLED显示功能
4.3.2 声光报警
4.4 传感器数据采集
4.4.1 DHT11数据读取
4.4.2 DS18B20数据采集
4.4.3 防脉冲均值滤波
4.5 协调器程序
4.6 固定监测节点程序
4.7 车载监测节点程序
4.7.1 功耗控制
4.7.2 增量式PID控速算法
4.8 本章小结
第5章 无线气体监测系统上位机软件部分
5.1 监控平台整体结构
5.2 数据和命令实时处理流程
5.3 监控平台界面
5.3.1 监控平台功能配置
5.3.2 变化折线图
5.3.3 数据监控区
5.3.4 车载节点控制状态栏
5.3.5 历史查询
5.4 浓度分布图的构建
5.5 本章小结
第6章 系统调试与验证
6.1 网络组建验证
6.2 监控平台测试
6.2.1 数据监控区结果分析
6.2.2 动态折线图功能测试
6.3 车载节点控制功能测试
6.4 区域浓度分布图
6.5 本章小结
总结与展望
致谢
参考文献
附录:软件界面、PCB原理图与实物图
攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯材料在气体传感器中的应用[J]. 孙丰强,许适溥. 华南师范大学学报(自然科学版). 2013(06)
[2]DHT11数字式温湿度传感器的应用性研究[J]. 韩丹翱,王菲. 电子设计工程. 2013(13)
[3]微气体传感器结构设计和优化[J]. 张晓波,陕皓,刘丽,王连元,李守春,王国光. 传感器与微系统. 2013(01)
[4]WSN应用研究[J]. 袁平. 重庆教育学院学报. 2012(06)
[5]基于增量式PID控制算法的智能车设计[J]. 肖文健,李永科. 信息技术. 2012(10)
[6]基于高斯模型的液氨储罐泄漏扩散仿真分析[J]. 王洪德,莫朝霞. 中国安全科学学报. 2012(09)
[7]局部网络的研究与发展[J]. 李腊元,周廉佐,邹海明. 计算机研究与发展. 1986(01)
博士论文
[1]基于氧化物半导体及其异质结构的气体传感器研究[D]. 李晓伟.吉林大学 2016
[2]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]基于客户感知的3G与4G一体化网络的规划与优化[D]. 聂飞翔.南京邮电大学 2016
[2]网络拓扑的抗毁性研究[D]. 王振安.大连理工大学 2016
[3]新型微气敏传感器的设计、仿真及优化[D]. 刘丽丽.吉林大学 2016
[4]中国城市大气污染的影响因素研究[D]. 陈宇.浙江大学 2016
[5]气体泄漏源检测定位系统设计[D]. 王诗年.重庆大学 2015
[6]具有巡逻和区域定位功能的WSN危险气体监测系统的设计[D]. 倪进权.西南交通大学 2014
[7]基于WSN车辆信息采集方法及相关技术的研究[D]. 胡蓓蕾.合肥工业大学 2014
[8]2.4GHz ZigBee与WiFi以及蓝牙系统间干扰分析[D]. 胡思雨.西安电子科技大学 2014
[9]智能家居系统设计与实现[D]. 石祚生.南京邮电大学 2013
[10]基于有线/无线传感器网络协议的矿井监测系统研究[D]. 魏来.上海交通大学 2013
本文编号：3452037
【文章来源】：西南交通大学四川省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及意义
1.2 无线气体监测技术发展现状
1.3 气体传感器技术发展现状
1.4 本文工作及结构安排
第2章 无线气体监测系统整体设计
2.1 需求分析
2.2 无线电频率
2.3 无线网络技术
2.3.1 WIFI技术
2.3.2 4G技术
2.3.3 Bluetooth技术
2.3.4 ZigBee技术
2.3.5 SimpliciTi技术
2.3.6 433MHz组网方案
2.4 系统结构设计
2.5 本章小结
第3章 无线气体监测系统硬件部分
3.1 硬件设备组成结构
3.2 SI4463无线模块
3.3 电源模块
3.3.1 LM1117和HT7333电源模块
3.3.2 AOZ1051电源模块
3.4 传感器模块
3.4.1 TGS813气敏传感器
3.4.2 传感器模块电路
3.5 显示及报警模块
3.6 固定监测节点
3.6.1 固定监测节点底板
3.6.2 固定监测节点核心板
3.7 协调器
3.8 车载节点
3.8.1 电机驱动模块
3.8.2 车载节点电路结构
3.9 本章小结
第4章 无线气体监测系统控制程序部分
4.1 控制程序结构
4.2 组网功能的设计与实现
4.2.1 命令帧与数据域
4.2.2 网络拓扑结构
4.2.3 带预备命令的轮询组网方式
4.3 显示及声光报警功能
4.3.1 OLED显示功能
4.3.2 声光报警
4.4 传感器数据采集
4.4.1 DHT11数据读取
4.4.2 DS18B20数据采集
4.4.3 防脉冲均值滤波
4.5 协调器程序
4.6 固定监测节点程序
4.7 车载监测节点程序
4.7.1 功耗控制
4.7.2 增量式PID控速算法
4.8 本章小结
第5章 无线气体监测系统上位机软件部分
5.1 监控平台整体结构
5.2 数据和命令实时处理流程
5.3 监控平台界面
5.3.1 监控平台功能配置
5.3.2 变化折线图
5.3.3 数据监控区
5.3.4 车载节点控制状态栏
5.3.5 历史查询
5.4 浓度分布图的构建
5.5 本章小结
第6章 系统调试与验证
6.1 网络组建验证
6.2 监控平台测试
6.2.1 数据监控区结果分析
6.2.2 动态折线图功能测试
6.3 车载节点控制功能测试
6.4 区域浓度分布图
6.5 本章小结
总结与展望
致谢
参考文献
附录:软件界面、PCB原理图与实物图
攻读硕士学位期间发表的论文
【参考文献】：
期刊论文
[1]石墨烯材料在气体传感器中的应用[J]. 孙丰强,许适溥. 华南师范大学学报(自然科学版). 2013(06)
[2]DHT11数字式温湿度传感器的应用性研究[J]. 韩丹翱,王菲. 电子设计工程. 2013(13)
[3]微气体传感器结构设计和优化[J]. 张晓波,陕皓,刘丽,王连元,李守春,王国光. 传感器与微系统. 2013(01)
[4]WSN应用研究[J]. 袁平. 重庆教育学院学报. 2012(06)
[5]基于增量式PID控制算法的智能车设计[J]. 肖文健,李永科. 信息技术. 2012(10)
[6]基于高斯模型的液氨储罐泄漏扩散仿真分析[J]. 王洪德,莫朝霞. 中国安全科学学报. 2012(09)
[7]局部网络的研究与发展[J]. 李腊元,周廉佐,邹海明. 计算机研究与发展. 1986(01)
博士论文
[1]基于氧化物半导体及其异质结构的气体传感器研究[D]. 李晓伟.吉林大学 2016
[2]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]基于客户感知的3G与4G一体化网络的规划与优化[D]. 聂飞翔.南京邮电大学 2016
[2]网络拓扑的抗毁性研究[D]. 王振安.大连理工大学 2016
[3]新型微气敏传感器的设计、仿真及优化[D]. 刘丽丽.吉林大学 2016
[4]中国城市大气污染的影响因素研究[D]. 陈宇.浙江大学 2016
[5]气体泄漏源检测定位系统设计[D]. 王诗年.重庆大学 2015
[6]具有巡逻和区域定位功能的WSN危险气体监测系统的设计[D]. 倪进权.西南交通大学 2014
[7]基于WSN车辆信息采集方法及相关技术的研究[D]. 胡蓓蕾.合肥工业大学 2014
[8]2.4GHz ZigBee与WiFi以及蓝牙系统间干扰分析[D]. 胡思雨.西安电子科技大学 2014
[9]智能家居系统设计与实现[D]. 石祚生.南京邮电大学 2013
[10]基于有线/无线传感器网络协议的矿井监测系统研究[D]. 魏来.上海交通大学 2013
本文编号：3452037
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