环境实时监测及控制系统

发布时间：2017-10-24 13:03

  本文关键词：环境实时监测及控制系统

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【摘要】：在全球经济飞速发展的今天,随着生活水平的不断提高,人们对于智能家居的观念在不断地变化,对居住环境的质量和安全的要求也越来越高。针对室内空气不流通、封闭环境污染物较多、存在室内安全隐患等问题,本文提出了一种可实现多种参数监测和控制的环境实时监测及控制系统。本系统作为智能建筑的一部分,以单片机技术和无线通讯技术为核心,并结合检测技术、传感器技术和系统集成技术,实现了对室内湿度、温度、一氧化碳浓度、空气质量、火灾险情及室内安防实时监测和报警。整个系统由三个部分组成,分别为环境监测单元、控制执行单元及数据中心。环境监测单元的功能是监测影响室内环境的各种因素。控制执行单元的功能是对超出限定值的情况进行报警,当有害气体浓度高于限定值时进行通风换气以达到改善空气质量的目的。数据中心的功能是将所有通过无线传输采集到的数据发送给上位机进行显示并通过上位机软件对模块工作的时间和风机的工作状态进行人工的控制。本文采用模块化设计的思路,大大缩短了系统硬件和软件的开发时间,易于调试、安装。环境监测单元、控制执行单元及数据中心都包含统一的通用模块。其中,通用模块由供电电源、无线通信部分和控制CPU板卡组成。无线通信部分采用的NRF24L01+芯片并且自行设计了一套非标准的无线通信协议。控制CPU采用的是德州仪器出品的单片机MSP430F149。本文最后搭建了整个系统的试验平台,并给出了相应的测试和验证结果。本系统为室内的环境实时监测及控制提供了一种可行的方案,具有一定的理论价值和实际意义。
【关键词】：MSP430F149 传感器 监控系统 无线通讯
【学位授予单位】：天津科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU855;TP273
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 课题背景及研究目的和意义9-10
• 1.1.1 课题背景9-10
• 1.1.2 课题研究的目的和意义10
• 1.2 课题研究领域在国内外的研究动态10-11
• 1.2.1 国外研究动态10-11
• 1.2.2 国内研究动态11
• 1.3 室内环境监控技术的发展趋势11
• 1.4 本文研究的主要内容与论文结构11-13
• 1.4.1 研究的主要内容11-12
• 1.4.2 论文结构12-13
• 1.5 本章小结13-14
• 2 环境监控系统总体设计方案14-22
• 2.1 总体设计方案14-15
• 2.2 通用模块选型15-18
• 2.2.1 控制芯片的选型15-17
• 2.2.2 电源芯片选型17
• 2.2.3 无线通信芯片选型17-18
• 2.3 传感器功能模块的选型18-21
• 2.3.1 温湿度传感器的选型18-19
• 2.3.2 火焰传感器的选型19
• 2.3.3 空气质量传感器的选型19-20
• 2.3.4 人体红外传感器的选型20
• 2.3.5 一氧化碳传感器的选型20-21
• 2.4 通讯协议的选择21
• 2.5 系统性能指标21
• 2.6 本章小结21-22
• 3 环境监控系统硬件设计22-46
• 3.1 总体设计22
• 3.2 通用模块硬件电路设计22-30
• 3.2.1 控制CPU硬件电路设计22-26
• 3.2.2 供电电路硬件设计26-27
• 3.2.3 无线通信电路硬件设计27-30
• 3.3 环境监测传感器电路设计30-39
• 3.3.1 温湿度监测电路设计30-31
• 3.3.2 一氧化碳监测电路设计31-32
• 3.3.3 人体红外感应电路设计32-37
• 3.3.4 火焰监测模块设计37-38
• 3.3.5 空气质量监测电路设计38-39
• 3.4 数据中心内部通信电路设计39-42
• 3.5 控制电路设计42-45
• 3.5.1 通风电路设计42-44
• 3.5.2 报警电路设计44-45
• 3.6 本章小结45-46
• 4 系统无线通信协议及监控软件设计46-58
• 4.1 非标准化无线通信协议设计46-52
• 4.1.1 通信协议46-49
• 4.1.2 数据帧结构49-52
• 4.2 软件设计52-57
• 4.2.1 控制器软件设计52
• 4.2.2 数据中心底层程序设计52-53
• 4.2.3 数据中心上层软件设计53-57
• 4.3 本章小结57-58
• 5 环境监控系统测试与验证58-67
• 5.1 无线传感器网络的室内放置方案58-59
• 5.1.1 定位传感器58
• 5.1.2 与传感器网络布局相对应的软件设计58-59
• 5.2 系统联调59-62
• 5.2.1 通信串口的调试59-60
• 5.2.2 无线网络调试60
• 5.2.3 传感器模块调试60-61
• 5.2.4 系统级联调61-62
• 5.3 无线通信的误码率分析62-66
• 5.3.1 误码率分析的必要性62
• 5.3.2 误码率分析方案62-66
• 5.3.3 降低通信过程中误码率的几个方法66
• 5.4 系统存在的问题66
• 5.5 本章小结66-67
• 6 结论67-68
• 7 展望68-69
• 8 参考文献69-77
• 9 致谢77

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本文编号：1088848