基于ZigBee协议栈的PM2.5/核辐射环境监测系统设计与实现
发布时间：2021-08-12 22:34
随着我国工业化、城市化和核技术的规模化发展,大气雾霾和核污染的危害也随之增加,目前空气污染和核污染已成为当前城市面临的一个相当严峻的环境问题,引起人们普遍关注。为了减轻灰霾与核事故对社会稳定和公共生命财产安全的危害,监测区域的环境质量状况成了当务之急。本课题设计出一种新型的基于ZigBee技术的PM2.5/核辐射环境监测与远程报警系统,不仅能实时测量PM2.5浓度、γ辐射剂量率和各种环境参数,还结合了GPS地理位置定位、时间信息、无线数据传输和GSM短信报警功能,采集的数据不仅能在OLED屏显示,还能在上位机软件界面上实时地观测,能够实时和快速定位监测区域的环境健康状况。当环境中的PM2.5浓度和γ剂量率超限时,驱动协调器上的蜂鸣器和LED进行现场声光报警,同时触发GSM报警模块将污染级别短信发送到用户手机,提醒工作人员及时制定应急处理方案,让人们生活更有保障,使得测量更具实际应用意义。论文完成的工作内容:（1）节点硬件设计:选择TI公司的低功耗CC2530芯片作为无线射频模块的核心,重点设计CC2530+RFX2401无线射频模块,并完成外围电路设计。（2）系统软件设计:在Zstac...
【文章来源】：东华理工大学江西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 研究课题来源
1.4 本文研究主要内容和结构
2 系统需求分析
2.1 关键技术的需求分析
2.2 Zigbee协议
2.2.1 Zigbee组网方式
2.2.2 ZigBee协议栈
2.2.3 Zstack协议栈运行机制
2.3 系统的可行性需求分析
2.3.1 系统总体功能需求分析
2.3.2 系统模块需求分析
2.4 本章小结
3 系统硬件设计
3.1 传感器节点的硬件设计
3.1.1 节点硬件电路设计
3.1.2 微处理器芯片选择
3.2 节点外围电路设计
3.2.1 核心板外围电路设计
3.2.2 CC2530+RFX2401核心板PCB设计
3.2.3 功能底板的电路设计
3.2.4 系统供电模块电路设计
3.3 传感器检测模块选型
3.3.1 PM2.5 检测模块
3.3.2 核辐射探测器模块
3.3.3 温湿度检测模块
3.3.4 CO检测模块
3.3.5 光照检测模块
3.3.6 雨量检测模块
3.4 GPS定位模块
3.5 报警检测模块
3.5.1 蜂鸣器报警模块
3.5.2 GSM报警模块
3.6 本章小结
4 系统软件设计
4.1 软件开发平台
4.2 ZigBee无线传感器网络的组网设计
4.2.1 ZigBee网络参数配置
4.2.2 CC2530+RFX2401驱动配置
4.2.3 组网和入网流程研究
4.3 协调器功能的设计
4.3.1 数据包接收解析程序设计
4.3.2 数据通讯协议设计
4.3.3 可靠传输机制设计
4.4 路由器和传感器节点的软件设计
4.4.1 路由器功能设计
4.4.2 传感器节点功能设计
4.4.3 数据打包发送程序设计
4.5 数据采集与处理程序设计
4.5.1 温湿度数据采集与处理
4.5.2 模拟量信号采集与处理
4.5.3 核辐射数据采集与处理
4.5.4 GPS定位数据采集与处理
4.6 GSM短信模块程序设计
4.7 本章小结
5 性能测试与数据分析
5.1 节点性能测试
5.1.1 节点组网测试
5.1.2 节点数据通信测试
5.2 系统整体测试结果
5.2.1 界面数据采集测试分析
5.2.2 串口数据采集测试分析
5.2.3 上位机测试平台实现
5.2.4 GSM短信报警功能测试
5.3 距离和丢包率测试分析
5.4 数据分析
5.5 本章小结
6 总结与展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]降低北方新建居住建筑和供热实际能耗要过“三关”[J]. 辛坦. 建设科技. 2015(02)
[2]对国内外PM2.5研究及控制对策的回顾与展望[J]. 朱增银,李冰,赵秋月,夏思佳,李荔. 环境科技. 2013(01)
[3]基于CC2530的ZigBee射频收发模块设计[J]. 刘辉,赵丽芬,孙番典,张品. 云南民族大学学报(自然科学版). 2012(06)
[4]基于CC2530的ZigBee无线城市路灯控制系统的设计[J]. 蒋建平,陈辉. 测控技术. 2012(09)
[5]基于GPRS的核辐射环境监测系统设计[J]. 熊欣,卢朝东. 计算机测量与控制. 2012(07)
[6]基于CC2530的ZigBee通信网络的应用设计[J]. 李俊斌,胡永忠. 电子设计工程. 2011(16)
[7]GPS卫星测量[J]. 朱广轶,丛树民. 沈阳大学学报. 2001(04)
博士论文
[1]大气细颗粒物人群暴露的健康影响及遗传易感性研究[D]. 高知义.复旦大学 2010
[2]大气细颗粒物心血管毒性的机制研究[D]. 赵金镯.复旦大学 2008
硕士论文
[1]基于无线网络的核辐射监测系统设计[D]. 谭炜.成都理工大学 2016
[2]低功耗便携式γ能谱仪的设计与实现[D]. 李传江.中国科学院大学(工程管理与信息技术学院) 2016
[3]低功耗ZigBee节点的研究与实现[D]. 刘彪.广东工业大学 2015
[4]基于WSN节点定位的核电站环境监测系统研究[D]. 王亮.南昌航空大学 2015
[5]区域环境γ剂量监测系统研制[D]. 张力.成都理工大学 2015
[6]移动式环境空气质量检测仪的设计与实现[D]. 兰冰芯.西南石油大学 2015
[7]基于ZigBee家居环境实时监测的研究与实现[D]. 吴沛.杭州电子科技大学 2015
[8]基于GSM短信息和ZigBee的粮库无线测温报警系统[D]. 杨素果.石家庄铁道大学 2014
[9]基于GSM网络短消息的智能家居报警系统的设计与实现[D]. 张迪.北京工业大学 2014
[10]基于WSN的辐射环境智能移动监测系统[D]. 王志伟.南京信息工程大学 2014
本文编号：3339203
【文章来源】：东华理工大学江西省
【文章页数】：81 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.3 研究课题来源
1.4 本文研究主要内容和结构
2 系统需求分析
2.1 关键技术的需求分析
2.2 Zigbee协议
2.2.1 Zigbee组网方式
2.2.2 ZigBee协议栈
2.2.3 Zstack协议栈运行机制
2.3 系统的可行性需求分析
2.3.1 系统总体功能需求分析
2.3.2 系统模块需求分析
2.4 本章小结
3 系统硬件设计
3.1 传感器节点的硬件设计
3.1.1 节点硬件电路设计
3.1.2 微处理器芯片选择
3.2 节点外围电路设计
3.2.1 核心板外围电路设计
3.2.2 CC2530+RFX2401核心板PCB设计
3.2.3 功能底板的电路设计
3.2.4 系统供电模块电路设计
3.3 传感器检测模块选型
3.3.1 PM2.5 检测模块
3.3.2 核辐射探测器模块
3.3.3 温湿度检测模块
3.3.4 CO检测模块
3.3.5 光照检测模块
3.3.6 雨量检测模块
3.4 GPS定位模块
3.5 报警检测模块
3.5.1 蜂鸣器报警模块
3.5.2 GSM报警模块
3.6 本章小结
4 系统软件设计
4.1 软件开发平台
4.2 ZigBee无线传感器网络的组网设计
4.2.1 ZigBee网络参数配置
4.2.2 CC2530+RFX2401驱动配置
4.2.3 组网和入网流程研究
4.3 协调器功能的设计
4.3.1 数据包接收解析程序设计
4.3.2 数据通讯协议设计
4.3.3 可靠传输机制设计
4.4 路由器和传感器节点的软件设计
4.4.1 路由器功能设计
4.4.2 传感器节点功能设计
4.4.3 数据打包发送程序设计
4.5 数据采集与处理程序设计
4.5.1 温湿度数据采集与处理
4.5.2 模拟量信号采集与处理
4.5.3 核辐射数据采集与处理
4.5.4 GPS定位数据采集与处理
4.6 GSM短信模块程序设计
4.7 本章小结
5 性能测试与数据分析
5.1 节点性能测试
5.1.1 节点组网测试
5.1.2 节点数据通信测试
5.2 系统整体测试结果
5.2.1 界面数据采集测试分析
5.2.2 串口数据采集测试分析
5.2.3 上位机测试平台实现
5.2.4 GSM短信报警功能测试
5.3 距离和丢包率测试分析
5.4 数据分析
5.5 本章小结
6 总结与展望
致谢
参考文献
【参考文献】：
期刊论文
[1]降低北方新建居住建筑和供热实际能耗要过“三关”[J]. 辛坦. 建设科技. 2015(02)
[2]对国内外PM2.5研究及控制对策的回顾与展望[J]. 朱增银,李冰,赵秋月,夏思佳,李荔. 环境科技. 2013(01)
[3]基于CC2530的ZigBee射频收发模块设计[J]. 刘辉,赵丽芬,孙番典,张品. 云南民族大学学报(自然科学版). 2012(06)
[4]基于CC2530的ZigBee无线城市路灯控制系统的设计[J]. 蒋建平,陈辉. 测控技术. 2012(09)
[5]基于GPRS的核辐射环境监测系统设计[J]. 熊欣,卢朝东. 计算机测量与控制. 2012(07)
[6]基于CC2530的ZigBee通信网络的应用设计[J]. 李俊斌,胡永忠. 电子设计工程. 2011(16)
[7]GPS卫星测量[J]. 朱广轶,丛树民. 沈阳大学学报. 2001(04)
博士论文
[1]大气细颗粒物人群暴露的健康影响及遗传易感性研究[D]. 高知义.复旦大学 2010
[2]大气细颗粒物心血管毒性的机制研究[D]. 赵金镯.复旦大学 2008
硕士论文
[1]基于无线网络的核辐射监测系统设计[D]. 谭炜.成都理工大学 2016
[2]低功耗便携式γ能谱仪的设计与实现[D]. 李传江.中国科学院大学(工程管理与信息技术学院) 2016
[3]低功耗ZigBee节点的研究与实现[D]. 刘彪.广东工业大学 2015
[4]基于WSN节点定位的核电站环境监测系统研究[D]. 王亮.南昌航空大学 2015
[5]区域环境γ剂量监测系统研制[D]. 张力.成都理工大学 2015
[6]移动式环境空气质量检测仪的设计与实现[D]. 兰冰芯.西南石油大学 2015
[7]基于ZigBee家居环境实时监测的研究与实现[D]. 吴沛.杭州电子科技大学 2015
[8]基于GSM短信息和ZigBee的粮库无线测温报警系统[D]. 杨素果.石家庄铁道大学 2014
[9]基于GSM网络短消息的智能家居报警系统的设计与实现[D]. 张迪.北京工业大学 2014
[10]基于WSN的辐射环境智能移动监测系统[D]. 王志伟.南京信息工程大学 2014
本文编号：3339203
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