基于ZigBee的危化气体监测系统手持终端设计

发布时间：2017-07-28 08:00

第 1 章 绪论

1.1 研究背景及意义

我国的化学工业在进入本世纪以来发展十分迅速，其中危险化学气体的生产规模逐渐扩大，同时带来的安全问题却愈演愈烈，全国各地由于危化气体泄漏未及时发现而导致的严重事故屡屡发生。2011 年 8 月，一辆本溪运输苯的罐车在辽阳市寒岭镇发生泄漏，造成 1 人死亡，381 人轻度中毒；2013 年 3 月位于美国德州的杜邦集团化工厂危险化学气体泄漏，事故造成最少 4 名工人死亡，1 人不适，行业内类似同样的由于危险化学气体泄漏而致死致伤的安全事故还有很多[1]。

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1.2 国内外研究现状

基于 ZigBee 的危化气体监测系统手持终端设计是依托于无线传感器网络并与嵌入式手持终端技术相结合的研究课题。该课题主要涉及无线传感网络与嵌入式手持终端技术，，下面对这两方面技术领域的国内外研究现状进行介绍。

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第 2 章 手持终端的总体架构与算法分析

2.1 系统总体设计方案与要求

基于 ZigBee 的危化气体监测系统的整体结构示意图如图 2-1 所示。该系统采用 ZigBee 无线通信模式，是应用于危险化学气体安全监测的无线传感器网络系统。该系统主要包括监测终端的数据采集层、配备手持终端的区域安全员及巡检监督员组成的的二级监控中心、PC 机构成的一级监控中心及系统整体的 ZigBee 无线通信网络四个部分。

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2.2 无线通信算法分析与仿真

文采用 ZigBee 的无线通信方式建立了无线网络。设计中手持终端的无线通信网络对时延、丢包率有较高要求。以往网络中监测节点与中继器的数据传输为广播模式，导致手持终端在入网后会接收到来自多个中继器的相同数据，并且网络路径不确定。而点对点的通信方式需要人工配置，工作量大且不智能。所以普通的 ZigBee 通信组网模式无法满足本文的设计要求。

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第 3 章 手持终端的硬件设计与功能实现...............20

3.1 硬件系统设计方案 ...............20

3.2 微处理器模块设计...............20

第 4 章 手持终端的软件设计与网络优化................31

4.1 软件系统设计方案...............31

4.2 无线通信协议的优化...............32

第 5 章 手持终端的测试与分析...............44

5.1 系统测试环境搭建与介绍................44

5.2 手持终端指标测试 ...............48

第 5 章 手持终端的测试与分析

5.1 系统测试环境搭建与介绍

系统测试是设计开发的重要环节，通过测试可以得知产品的实际性能以及存在的问题,并且通过测试结果分析可以为产品后期优化提供方向。手持终端的应用背景是基于 ZigBee 的危化气体监测系统，在系统各个模块能够正常工作的情况下，现对系统整体进行联机组网然后对手持终端的性能进行测试。

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5.2 手持终端指标测试

本文通过最小跳数算法对无线通信协议进行了优化，监测系统上电后需要进行初始化及系统组网。现对 8 个监测节点与 5 个中继器构成网络环境进行组网耗时测试，测试原则是手持终端上电开始计时到手持终端准确接收所有监测节点数据为止即视为组网成功测试结束，测试结果如表 5-1 所示。

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结论

通过对手持终端在国内外发展现状的分析，针对传统监测系统所存在的不足以及当前化工产业对危化气体安全监测的更高要求，以基于 ZigBee 的危化气体监测系统为实际应用背景，结合无线传感网及嵌入式技术，进行了基于 ZigBee 的危化气体监测系统手持终端设计，并得出如下结论：1. 根据设计要求进行了手持终端整体方案设计。通过研究分析，完成了微处理器、无线通信芯片和操作系统内核的分析选型。针对系统网络所存在的问题设计了基于最小跳数的网络优化算法，并对其进行了分析与仿真。为手持终端的后续开发工作确定了方向。

参考文献（略）

本文编号：582831