南京邮电大学自动化学院实验报告
实验名称：无线环境参数测量系统
课程名称：智能仪器设计基础
所在专业：测控技术与仪器
学生姓名：林若愚
班级学号： B12050518
任课教师：徐国政
2014 /2015 学年第二学期
实验地点：教5-214 实验学时：8
目录
摘要： (2)
一、实验目的 (2)
二、实验内容 (2)
三、实验设备 (2)
四、实验硬件介绍 (3)
1. STC89C52RC (3)
2. STC15W4K32S4 (3)
3. NRF2401 (4)
4. LCD12864 (5)
5. AM2320 (5)
6. SD2068 (5)
7. BMP180 (6)
8. MQ135 (6)
五、系统实现介绍 (6)
1.系统结构 (6)
1.模块功能说明 (6)
2.系统框图 (7)
2. 电路图和实物图 (8)
六、软件程序 (10)
（1）软件功能说明+程序流程图 (10)
（2）软件具体实现 (10)
LCD12864.h文件内容 (10)
LCD12864.c文件内容 (11)
Main.c内容 (12)
其他部分 (14)
七、实验数据及结果分析 (15)
八、总结及心得体会 (17)
摘要：无线环境参数测量系统
随着科技的发展，人们对自己的生活环境越来越在意，并且希望能直观的数字化参数化地衡量当前的环境质量。本系统虽然用的是传统传感器，但是在和传感器相连的显示器上能显示的基础之上增加了远程发送设备，能实现在测量某一点的实时环境参数的同时，在半径几米之内的任意位置都能直接直观的查看到这些数据。测量的参数包括温度湿度气压和空气质量，能让人们对生活环境的认识更加数字化。且本系统节能省电，实现了可持续发展。
一、实验目的
1.了解并能使用I2C总线进行传感器数据获取
2.了解双机通信与无线通信
3.使用labview图形化编程软件进行上位机界面设计
二、实验内容
1.使用STC15W4K32S4单片机驱动多种传感器完成多参数测量
2.实现STC15W4K32S4与STC89C52RC之间的串口通信并使用LCD12864显示接受到的信息
3.实现NRF24L01+进行信息无线收发
4.实现用labview制作上位机用来显示测量到的信息
三、实验设备
1.STC15W4K32S4单片机1只
2.STC89C52RC 单片机2只
3.NRF24L01+ 2只
4.LCD12864 1块
5.计算机1台
6.AM2320 1只
7.BMP180 模块1个
8.MQ-135模块1个
9.SD2068时钟模块1个
10.11.0592M晶振、杜邦线、排针、电阻、电容、LED灯若干
四、实验硬件介绍
1.STC89C52RC
STC89C52RC/RD+系列单片机具有成本低、性能高的特点，支持ISP（在系统编程）及IAP（在应用编程）技术。使用ISP技术可不需要编程器，而直接在用户系统板上烧录用户程序，修改调试非常方便。利用IAP技术能将内部部分专用Flash当作EEPROM使用，实现停电后保存数据的功能，擦写次数为100000次以上，可省去外接EEPROM（如93C46、24C02等）。而且与传统8051单片机程序兼容，硬件无需改动。
2.STC15W4K32S4
STC15W4K32S4系列单片机是STC生产的单时钟/机器周期(1T)的单片机，是宽电压高速高可靠低功耗超强抗干扰的新一代8051单片机，指令代码完全兼容传统8051单片机，但速度快8-12倍。内部集成高精度RC时钟，ISP编程时5MHz-30MHz宽范围可设置，可彻底省掉外部昂贵的晶振和外部复位电路。8路10位PWM,8路高速10位A/D转换，内置4K 字节大容量SRAM，4组独立的高速异步串行通信口，1组高速同步串行通信端口，针对多
串行口通信/电机控制/强干扰场合，内置比较器功能更强大。
3.NRF2401
NRF24L01是一款工作在2.4-2.5GHz世界通用ISM频段的单片收发芯片，无线收发器包括：频率发生器增强型SchockBurstTM 模式控制器功率放大器晶体放大器调制器解调器输出功率频道选择和协议的设置可以通过SPI接口进行设置极低的电流消耗。支持六路通道的数据接收。
1.低工作电压：1.9～3.6V低电压工作
2.高速率：2Mbps，由于空中传输时间很短，极大的降低了无线传输中的碰撞现象（软件设置1Mbps或者2Mbps的空中传输速率）
3.多频点：125频点，满足多点通信和跳频通信需要
4.超小型：内置2.4GHz天线，体积小巧，15x29mm（包括天线）
5.低功耗：当工作在应答模式通信时，快速的空中传输及启动时间，极大的降低了电流消耗。
6.低应用成本：NRF24L01集成了所有与RF协议相关的高速信号处理部分，比如：自动重发丢失数据包和自动产生应答信号等，NRF24L01的SPI接口可以利用单片机的硬件SPI口连接或用单片机I/O口进行模拟，内部有FIFO可以与各种高低速微处理器接口，便于使用低成本单片机。
7.便于开发：由于链路层完全集成在模块上，非常便于开发。自动重发功能，自动检测和重发丢失的数据包，重发时间及重发次数可软件控制自动存储未收到应答信号的数据包自动应答功能，在收到有效数据后，模块自动发送应答信号，无须另行编程载波检测—固定频率检测内置硬件CRC检错和点对多点通信地址控制数据包传输错误计数器及载波检测功能可用于跳频设置可同时设置六路接收通道地址，可有选择性的打开接收通道标准插针Dip2.54MM间距接口，便于嵌入式应用.
4.LCD12864
带中文字库的128X64 是一种具有4 位/8 位并行、2 线或3 线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64, 内置8192 个16*16 点汉字，和128 个16*8 点ASCII 字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4 行16×16 点阵的汉字. 也可完成图形显示.低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。
5.AM2320
AM2320数字温湿度传感器是一款含有己校准数字信号输出的温湿度复合型传感器。采用专用的温湿度采集技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容式感湿元件和一个高精度集成测温元件，并与一个高性能微处理器相连接。该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。
AM2320 通信方式采用单总线、标准I2C两种通信方式。标准单总线接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选择。I2C通信方式采用标准的通信时序，用户可直接挂在I2C通信总线上，无需额外布线，使用简单。两种通信方式都采用直接输出经温度补偿后的湿度、温度及校验CRC等数字信息，用户无需对数字输出进行二次计算，也无需要对湿度进行温度补偿，便可得到准确的温湿度信息。两种通信方式可自由切换，用户可自由选择，使用方便，应该领域广泛。产品为4引线，连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。
6.SD2068
SD2068是一种具有标准IIC接口的实时时钟芯片,CPU可使用该接口通过5位地址寻址来读写片内32字节寄存器的数据(包括时间寄存器、报警寄存器、控制寄存器、通用SRAM 寄存器)。SD2068内置单路定时/报警中断输出,报警中断时间最长可设至100年;内置时钟精度数字调整功能，可以在很宽的范围内校正时钟的偏差(-189ppm～+189ppm,分辨率3.05ppm),并通过外置的温度传感器可设定适应温度变化的调整值，实现在宽温范围内高精度的计时功能。该芯片可满足对实时时钟芯片的各种需要，为工业级产品，是在选用实时时钟IC时的理想选择。
7.BMP180
BMP180是一款高精度、小体积、超低能耗的压力传感器，可以应用在移动设备中。它的性能卓越，绝对精度最低可以达到0.03hPa，并且耗电极低，只有3μA。BMP180采用强大的8-pin陶瓷无引线芯片承载（LCC）超薄封装，可以通过I2C总线直接与各种微处理器相连。
8.MQ135
MQ135气体传感器所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。当传感器所处环境中存在污染气体时，传感器的电导率随空气中污染气体浓度的增加而增大。使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ135传感器对氨气、硫化物、苯系蒸汽的灵敏度高，对烟雾和其它有害的监测也很理想。这种传感器可检测多种有害气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。
五、系统实现介绍
1.系统结构
1.模块功能说明
（1）传感器数据收集模块
使用STC15W4K32S4单片机从四个传感器上用I2C以及AD采集方式获取响应的数据，并通过串口以一定的格式向STC89C52RC发送，该部分由同组成员董鸿祥负责。
（2）串口收发及数据显示模块
使用STC89C52RC单片机收到数据，并使用LCD12864显示，并驱动NRF24L01向上位机发送接收到的数据，主要由本人负责。
（3）无线接受及上位机显示模块
使用STC89C52RC单片机驱动NRF2401接收下位机发送而来的数据，并通过串口将该数据发送至计算机，通过在Labview上用直观的图像和显示控件来显示接收到的数据。该部分由同组成员侯贺雨负责。
2.系统框图
图1 整体系统框图
2.电路图和实物图
图2 串口收发及数据显示模块电路图
图3 串口收发及数据显示模块实物图
图4 下位机整体实物图
图5 上位机部分实物图
六、软件程序
（1）软件功能说明+程序流程图
图6 模块实现流程图
（2）软件具体实现
LCD12864.h文件内容
#ifndef _LCD12864_H_
#define _LCD12864_H_
#include
sbit RS=P2^2; //RS=0为执行指令；RS=1为执行数据；
sbit RW=P2^1; //读写
sbit E=P2^0 ;//使能
sbit PSB=P2^3; //低电平（串口驱动）；高电平（并口驱动）
sbit RST=P2^5; //LCD复位
void Init_lcd(); //初始化液晶
void lcd_busy(); //忙标志查询
void delayus(uint z); //延时程序
void write(uchar x,uchar Data); //写单字节函数
void Show(uchar address,uchar L,uchar STR1[]);
#endif
LCD12864.c文件内容
#include
uchar t,p;
void delayus(uint z) //延时函数
{
uint x,y;
for(x=z;x>0;x--)
for(y=110;y>0;y--);
}
void lcd_busy(void) //判忙函数
{
uchar busy;
P0=0xff;
RS=0;
RW=1;
do{
E=1;
busy=P0;
E=0;
}
while(busy>0x7f);
}
void write(uchar x,uchar Data) //写入函数，将写入数据和命令参数化写在一个函数中{
lcd_busy(); //忙查询
if(x==0)
{
RS=0;
RW=0; //写单字节命令字
}
else if(x==1)
{
RS=1;
RW=0; //写单字节数据
}
E=1;
P0=Data;
E=0;
P0=0xff;
}
void Init_lcd(void) //初始化
{
delayus(20); //启动等待，等LCM讲入工作状态PSB=1; //并口驱动模式
RST=0;
delayus(4);
RST=1; // 复位LCD
write(0,0x30); //8 位介面，基本指令集
write(0,0x0c); //显示打开，光标关，反白关
write(0,0x01); //清屏，将DDRAM的地址计数器归零}
void Show(uchar address,uchar L,uchar STR1[]) //显示函数
{
uchar i;
write(0,address);
for(i=0;i { write(1,STR1[i]); } } Main.c内容 #include #include #include uchar flag=0,i=0,j,c,receive[17]=0,temp[16]=0,adress=0; code uchar aq2[][4]={"优","良","中","差"}; code uchar empty[16]={0}; void UartInit(void) //9600bps@11.0592MHz { PCON = 0x00; //波特率不倍速 SCON = 0x50; //8位数据,可变波特率 TMOD = 0x20; //设定定时器1为8位自动重装方式 TL1 = 0xfd; //设定定时初值 TH1 = 0xfd; //设定定时器重装值 ET1 = 0; //禁止定时器1中断 TR1 = 1; //启动定时器1 } void dis(uchar a) { switch(a) { case 0: adress=0x80;break;/*第一行显示内容*/ case 1: adress=0x90;break;/*第二行显示内容*/ case 2: adress=0x88;break;/*第三行显示内容*/ case 3: adress=0x98;break;/*第四行显示内容*/ default:return; } Show(adress,16,temp); } void main() { //首位置第一行0x80，第二行0x90，第三行0x88，第四行0x98 uint result; //计算环境质量 UartInit(); //初始化串口 init_NRF24L01(); //初始化2401 Init_lcd(); //初始化12864 EA=1; //打开主中断 ES=1; //打开串口中断 LED = 0; LED1 = 0; Show(0x80,16,"系统初始化中.."); Delay(6000); while(1) { if(flag) //当接收到17个字符时，flag置1并开始处理 { ES=0; for(j=0;j<15;j++) //把接受到的数除了标志位放进temp temp[j]=receive[j+1]; switch(receive[0]) //用标志位判别显示内容 { case 's': dis(0); break; //显示时间 case 't': dis(1); Show(0x93,2,"°");break; //显示温湿度和‘°’ case 'p': dis(2); break; //显示大气压 case 'a': dis(3); Show(0x9c,2," "); //显示空气质量 result=(temp[4]-'0')*1000+(temp[5]-'0')*100+(temp[6]-'0')*10+(temp[7]-'0'); if(result>700) Show(0x9e,2,aq2[3]); else if(result>300) Show(0x9e,2,aq2[2]); else if(result>64) Show(0x9e,2,aq2[1]); else Show(0x9e,2,aq2[0]); break; default: break; } flag=0; //显示完后将标志位清0 nRF24L01_TxPacket(receive); //通过2401发送数据 Delay(600); //断延时 ES=1; } } } void ser() interrupt 4 { c=SBUF; receive[i]=c; if(!(c=='s'||c=='t'||c=='p'||c=='a')&&(c==receive[0]))//如果接收到的不是标志就不接收 { RI=0; return; } i++; if(i>16) //连续接受17个字符 { flag=1;i=0; } RI=0; } 其他部分 由于篇幅原因，在本程序中非重点的NRF2401.h以及NRF2401.c省略 唐山师范学院本科毕业论文 题目无线环境监测系统的设计 学生 22222 指导教师姜丽飞讲师 年级 2008级 专业电子信息科学与技术 系别物理系 唐山师范学院物理系 2012年5月 郑重声明 本人的毕业论文（设计）是在指导教师姜丽飞的指导下独立撰写完成的。如有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规范和侵权的行为，本人愿意承担由此产生的各种后果，直至法律责任，并愿意通过网络接受公众的监督。特此郑重声明。 毕业论文（设计）作者（签名）： 年月日 目录 标题 (1) 中文摘要 (1) 1 引言 (1) 2 系统硬件设计 (1) 2.1 设计目标 (1) 2.2 方案选择 (1) 2.3 系统结构 (2) 2.4 电路设计 (3) 3 系统软件设计 (6) 3.1 通信协议 (6) 3.2 系统软件 (7) 4 系统性能测试方法及测试结果 (7) 4.1 温度测量 (7) 4.2 光照测试...................................... (7) 4.3 主机与各从机通信距离及响应时间测试 (8) 5 结束语........................................... . (8) 参考文献................................. . (9) 致谢....................................... ...... .. (10) 附录.................................................................................................... (11) 外文页........................................... .. (12) 南京航空航天大学 硕士学位论文 基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现 姓名：耿长剑 申请学位级别：硕士 专业：电路与系统 指导教师：王成华 20090101 南京航空航天大学硕士学位论文 摘要 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种集成了计算机技术、通信技术、传感器技术的新型智能监控网络，已成为当前无线通信领域研究的热点。 随着生活水平的提高，环境问题开始得到人们的重视。传统的环境监测系统由于传感器成本高，部署比较困难，并且维护成本高，因此很难应用。本文以环境温度和湿度监控为应用背景，实现了一种基于无线传感器网络的监测系统。 本系统将传感器节点部署在监测区域内，通过自组网的方式构成传感器网络，每个节点采集的数据经过多跳的方式路由到汇聚节点，汇聚节点将数据经过初步处理后存储到数据中心，远程用户可以通过网络访问采集的数据。基于CC2430无线单片机设计了无线传感器网络传感器节点，主要完成了温湿度传感器SHT10的软硬件设计和部分无线通讯程序的设计。以PXA270为处理器的汇聚节点，完成了嵌入式Linux系统的构建，将Linux2.6内核剪裁移植到平台上，并且实现了JFFS2根文件系统。为了方便调试和数据的传输，还开发了网络设备驱动程序。 测试表明，各个节点能够正确的采集温度和湿度信息，并且通信良好，信号稳定。本系统易于部署，降低了开发和维护成本，并且可以通过无线通信方式获取数据或进行远程控制，使用和维护方便。 关键词：无线传感器网络，环境监测，温湿度传感器，嵌入式Linux，设备驱动 Abstract Wireless Sensor Network, a new intelligent control and monitoring network combining sensor technology with computer and communication technology, has become a hot spot in the field of wireless communication. With the improvement of living standards, people pay more attention to environmental issues. Because of the high maintenance cost and complexity of dispose, traditional environmental monitoring system is restricted in several applications. In order to surveil the temperature and humidity of the environment, a new surveillance system based on WSN is implemented in this thesis. Sensor nodes are placed in the surveillance area casually and they construct ad hoc network automatieally. Sensor nodes send the collection data to the sink node via multi-hop routing, which is determined by a specific routing protocol. Then sink node reveives data and sends it to the remoted database server, remote users can access data through Internet. The wireless sensor network node is designed based on a wireless mcu CC2430, in which we mainly design the temperature and humidity sensors’ hardware and software as well as part of the wireless communications program. Sink node's processors is PXA270, in which we construct the sink node embedded Linux System. Port the Linux2.6 core to the platform, then implement the JFFS2 root file system. In order to facilitate debugging and data transmission, the thesis also develops the network device driver. Testing showed that each node can collect the right temperature and humidity information, and the communication is stable and good. The system is easy to deploy so the development and maintenance costs is reduced, it can be obtained data through wireless communication. It's easy to use and maintain. Key Words: Wireless Sensor Network, Environment Monitoring, Temperature and Humidity Sensor, Embedded Linux, Device Drivers 无线环境监测模拟装置无线环境监测模拟装置 全国一等奖全国一等奖 电子科技大学电子科技大学 王康王康王康 胡航宇胡航宇 耿东晛耿东晛 摘要摘要 本作品以MSP430单片机为核心， 利用数字温度传感器以及光敏电阻采集温度和光照信息；通过ASK 调制和调谐式解调（Tone Decoder）进行数据通讯，并采用CSMA 方式解决了多个节点公用同一信道的问题；采用存储转发机制以及对被转发的数据包赋予生命周期的方法，实现了自动转发功能以及对新节点加入和离开的自动识别。探测节点全部采用通用器件，以60mW 左右的平均功耗实现了节点间0.7m 以及转发方式下1.4m 的通讯距离，在达到指标要求的前提下降低了功耗和成本。 关键词：ASK 调制，Tone Decoder， CSMA，存储转发； 一、 方案论证与比较 1.1调制方案选择调制方案选择：： 方案1：采用FSK 调制，优点是具有较强的抗干扰能力。缺点是解调部分的硬 件较为复杂。 方案2：采用ASK 调制，优点是调制和解调的电路都相对简单，缺点是抗干扰 能力较差。通过在干扰较小的频段选择合适的载频，并通过窄带滤波能够消除大部分干扰，所以本作品选择了ASK 调制方式。 1.2解调方案选择解调方案选择：： 方案1：对ASK 信号放大与窄带滤波后，进行包络检波，再通过门限判决的方 法解调。该方案的成本低，缺点是抗干扰能力很差，窄带滤波器容易偏频，难以调试。 方案2：对ASK 信号放大后，采用调谐式解调器（Tone-Decoder）进行解调， 解调器本身是个窄带锁相环，能够省去窄带滤波器，且本身抗干扰能力较强；本作品中采用该方案。 1.3多点通讯方案选择多点通讯方案选择：： 多个节点间共用了同一个通信信道，因此在主机以及多节点之间涉及到信道复用问题。我们对比了以下方案： 方案1：采用时间分隔机制的信道复用，如主-从式的轮询点名或令牌环网络。 考虑到数据转发功能的实现必然要有多台主机，主-从式网络只允许一台主机显然不合适，而令牌环网络在节点随机离开后也会出现令牌无法传递的问题。并且，当节点编号未知时，依次搜索255个节点耗时很长。 方案2：基于碰撞侦测机制的信道复用，如A LOH A 、CSMA 等方式。优点是网络 中每个节点都可以作为主机，随时可以主动发送数据到任何其他节点。缺点是数据包可能因随机碰撞而丢失，且通讯延迟不可预计。但题目中要求5秒较为宽裕，而被传输的信息都是缓变量，允许进行多次重发。其中CSMA 方式在发送前进行载波侦听，不会出现A LOH A 在信道拥挤时将信道完全阻塞的现象，所以选择了CSMA 方式进行信道复用。 系统整体框图如图1，每个节点都采用低功耗的MSP430单片机对环境参数 应急指挥子系统应急指挥子系统信息库 信息库：包含应急资源、专家库、危险品、隐患单位信息，实现对以上信息数据的录入、编辑、查询、报表生成、打印等功能应急预案：预案管理—预案生成启动—处置方案—现场处置—跟踪监测—应急终止—恢复评估—总结报告—预案推演指挥决策：主要有联动指挥和辅助决策的功能，通过预案生成系统专家意见、查询危险品信息向政府部门提交污染情况报告和提交处置方案，通过图像、语音、EMAIL、短信等方式实现信息的发布和管理车辆管理：实现对执法车辆的使用、维护、人员出车情况的跟踪管理定位跟踪：通过GPS定位信息对车辆的具体位置进行定位，将投诉举报信息和应急信息在第一时间通知执法车。指挥调度：指挥车辆在最短时间赶到事故现场进行执法处理 应急指挥预案应急预案应急指挥系统执法车辆指挥调度 指挥决策车辆管理 定位跟踪指挥调度 10 应急指挥子系统应急指挥子系统—应急指挥预案隐患单位信息管理预案生成收录危险品的基本信息和应急处理办法 11 应急指挥子系统应急指挥子系统—执法车辆指挥调度定位跟踪：通过无线传输，将车机计算出的定位信息传送至平台，配合电子地图实现车辆定位。环保执法车 PDA APN接入无线基站 wcdma/gprs 中心管理平台手机笔记本轨迹回放：工作人员调出任意一辆车在某段时间内的运行轨迹,并且将轨迹结合GIS地图动画表现出来,方便管理人员对监察车辆的监督和管理实时调度：随时保持与车辆的沟通，及时下发事故应急调度信息，调派车辆前往事发地点进行执法。视频监控：通过3G网络实现对车辆的远程图像监控，可完成对执法现场进行拍摄取证。监控大屏 GIS地理地图车辆信息管理车辆所处位置（经度、维度、方向等） PC机PC机 PC机监控中心 12 环境保护自动监测系统管理功能 用户管理：可建立不同级别用户，如系统管理员、系统操作员、企业管理员、企业操作员。 设备管理：对视频服务器、硬盘录像机、电视墙、数采仪、报警设备等集中管理。 机构（区域）管理：建立各级机构。 权限认证管理：对不同用户及设备授权。 日志管理：记录各种 智能家居环境监测系统设计与实现 智能家居是指在智能化、自动化、信息化的基础上利用传感器网络等进行数据传输，实现家居电器的智能控制，随着4G网络的快速发展，智能家居的及时出现为人们享受生活提供了一个更好的选择。 一、智能家居环境监测系统总体设计 基于ZigBee无线通信技术构建的室内环境监测系统主要实现室内温度、氧气、一氧化碳、二氧化硫、湿度、甲烷和二氧化碳含量等家居环境的检测，其次是监测生活用水、用电和用气的安全性和用量，三是监测室内各种生活家电的状态等。系统设计中，基于ZigBee的传感器节点将室内环境信息发送到无线传感器网络的汇聚节点，通过ARM微处理器实现嵌入式编程，然手通过ARM微处理器和ZigBee汇聚节点实现有效的网络串行通信。通过该系统，采集室内环境信息、输入操作命令、输出操作结果、集中控制室内环境、远程控制家用电器、联动控制室内安防系统等功能。 二、智能家居环境监测系统详细设计 2.1室内环境信息采集功能 通过部署在室内的传感器节点，实现无线传感器网络的室内环境信息采集，以便能够将室内温度、湿度、氧气、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、甲烷及生活用水和生活电气等相关信息传递到系统中。信息采集和感知是室内环境系统最基本的功能，需要将传感器节点进行良好的部署和优化，以便在最小能量耗费下实现节点的全方位覆盖。 2.2 室内环境信息传输功能 传感器节点采集相关的网络信息后，通过4G网络传输到ZigBee汇聚节点，汇聚节点将多个传感器节点信息传输到室内监测系统的服务器，以便服务器进行处理。信息传输过程中，为了实现高效数据传输和分发，需要将数据进行压缩和存储，实现传感器网络的聚簇作用，同时为了降低传感器网络的通信开销、平衡节点间负载，需要对传感器网络节点和传输节点进行设计。 2.3 室内环境信息处理功能 数据传输到服务器后，环境监测装置负责处理采集到的数据信息，发现相关的信息超过用户设置的预警值，则传感器检测装置通过4G通信网络以短信或数据通信的方式通知用户，同时将收集的信息存储到服务器数据库中。逻辑业务处理将数据统计分析和预测结果发送到相关界面，以便用户查看和分析。 三、Zigbee无线传感网络系统硬件设计 智能环境监测系统的设计 Design on the intelligent system of monitoring environment 摘要 系统主要由数据采集端和移动监控终端两部分组成。采用16位单片机SPCE061A为处理核心，在数据采集端，利用两片CD4067BE分别挂接16只DHT11温湿度传感器和16只光照强度传感器；采用10位ADC实现对环境声音的实时录制，加入OV7670摄像头进行实时拍照监控，最后把所采集到的数据帧通过NRF905无线传输模块传送到移动监控终端。在移动监控终端，通过NRF905接收数据，将处理后的环境参数数据进行显示，接收到的语音压缩编码通过10位DAC进行解码播放，通过按键切换进入全屏环境参数显示模式或全屏监控照片显示模式，并将接受到的环境参数、声音、照片存储到SD卡中。本文以SPCE061A超低功耗单片机为核心，设计了通用智能终端和智能温湿度传感器，重点介绍了该终端和传感器的任务、硬件、软件以及控制算法的设计与实现。硬件方面，介绍了系统各个部分的设计思想、原理电路以及，并给出了系统总硬件原理图；另外，为了实现系统的低成本和低功耗，在满足设计要求的前提下，尽可能选用了价格低廉和低功耗的元器件。软件方面，采用了时间触发的混合调度器模式设计，对系统各个任务进行了设计，并给出了系统软件低功耗设计方法。 关键词：SPCE061A；多节点；无线传输；HMI Abstract The system is designed for two parts of data acquisition terminal and mobile monitoring terminal. Its processing core is SPCE061A which is a 16 bits mcu. In the data acquisition terminal, 16 DHT11 of single bus temperature, humidity sensor and 16 light intensity sensor are hung on two CD4067BE. The environmental sound is recorded to coding and compression with 10 bits ADC which is built in the mcu at any time. Add OV7670 which is a camera module to monitor at anytime. ALL collected data is transmitted to the mobile monitoring terminal through NRF905 of wireless transmission module. In the mobile monitoring terminal, the data is received through NRF905.The environmental parameter data is displayed after dealing with and the compression coding of speech is decoded to play with 10 bits DAC.We can switch to full-screen environment parameter display mode or full-screen picture display mode with the keys. At last, the environmental parameter, sound and photos are stored to the SD card.Based on the SPCE061A ultra low power microcontroller as the core, a general intelligent terminal and intelligent temperature and 无线发射接收系统设计与实现 摘要: 此系统采用了无线发射和接受实现双向的全双工无线通信。通过使用C51单片机实现对系统的数据采集、信号收发进行控制。用硅光片进行对阳光是否照射的采集，DS18B20进行温度信息采集。该系统是一个独立系统，能够在一定范围内进行数据采集并且将数据通过无线传输到数据接收模块。 关键词:无线传输；单片机；数据采集 1 引言 对于环境信息采集是很普遍的，但是将采集的信息如何传输就是关键，传统的系统都是用有线的方法，不仅要铺设线路，而且不方便，可移植性差。随着无线技术的不断发展，无线在各个领域中的应用也不断增加，通过嵌入式系统，用无线的方式实现数据的采集和传输是最好的解决方法，不仅简化了实施的难度，而且成本相对较低。 本文主要是以C51单片机为控制核心，用无线接收发射装置来实现环境数据采集系统。 2 系统目的 设计并制作一个无线环境监测模拟装置，实现对周边温度和光照信息的探测。该装置由1个监测终端和不多于255个探测节点组成(实际制作2个)。监测终端和探测节点均含一套无线收发电路，要求具有无线传输数据功能，收发共用一个天线。 探测节点有编号预置功能，编码预置范围为00000001B～B。探测节点能够探测其环境温度和光照信息。温度测量范围为0℃～100℃，绝对误差小于2℃;光照信息仅要求测量光的有无。探测节点采用三节干电池串联，单电源供电。 监测终端用外接单电源供电。探测节点分布示意图如图1所示。监测终端可以分别与各探测节点直接通信，并能显示当前能够通信的探测节点编号及其探测到的环境温度和光照信息。 每个探测节点增加信息的转发功能，节点转发功能示意图如图2所示。即探测节点B的探测信息，能自动通过探测节点A转发，以增加监测终端与节点B之间的探测距离D+D1。该转发功能应自动识别完成，无需手动设置，且探测节点A、B可以互换位置。 水环境监测信息管理系统 由于水环境受到污染源的排放、地形、气候及供需水条件、季节变化、突发性水污染事故等因素的影响，其水质水量是随着时间和空间而变化的，具有较强的易变性和突发性。因此，对区域范围水环境进行高效、高精度的时空连续动态监测，具有十分重要的意义。 水环境监测信息管理系统是当前我国大力推进的水利信息化的重要组成部分，是实现水资源可持续利用的重要手段，可及时、准确地掌握区域水资源质量的状态、分布和变化规律，预测事故隐患，并在事故突发后辅助管理人员生成应急方案。 水环境监测信息管理系统，采用在线的水质水量监测传感器、变送及控制器，以连接异地、异质传感器或现地设备的广域计算机网络、数据库为基础，实现水环境要素的实时、多维、多源、高效、高精度的在线自动监测，以及监测信息的获取、存储、分析、管理、表达评估和辅助决策。 系统主要功能包括： （1）系统集成了数据库管理系统、地理信息系统和水质预测模型的管理系统，能够实时、直观地对区域水环境信息进行可视化表达，自动响应监测值超标的紧急情况并给出应对措施建议，配合系统的自动警报和决策支持功能，系统实现对区域水相关数据的动态管理，提高区域水环境管理的自动化程度。 （2）系统监测数据查询，包括静态查询和动态显示。静态查询功能辅助用户从地图或对象列表框中选择查询监测对象，反馈相应监测数值，并可将检索数值进行作图和输出；动态显示功能允许用户定义多个监测对象的动态数据框，当系统自动读取数据库时，地图中的动态数据框将更新显示该对象的最新监测和预测值。 （3）预测功能对用户选择的监测对象和参数进行水质预测，并将预测数值同已有监测值一起进行画图和输出，也可将预测数值实时显示在动态数据框中，并将预测数据作为警报触发值进行判断。 （4）通过定义区域内各监测参数的评价等级和关联颜色，对各类水体的实时监测值用不同颜色进行空间标识，从而为用户直观地获取水体水质评价信息提 环境保护信息系统总体设计方案 环境监测信息系统 总体设计方案 - 1 - 目录 环境监测信息系统总体设计方案 -------------------------------------- 错误!未定义书签。 1 引言------------------------------------------------------------------------------------------------ - 5 - 1.1设计思想 -------------------------------------------------------------------------------------5- 1.2设计背景 -------------------------------------------------------------------------------------5- 1.3参考文献 -------------------------------------------------------------------------------------6- 2 系统概述 ----------------------------------------------------------------------------------------- - 6 - 2.1系统设计原则 -------------------------------------------------------------------------------6- 2.2系统目标与运行环境 ---------------------------------------------------------------------7- 2.3需求分析 -------------------------------------------------------------------------------------8- 3 系统总体设计---------------------------------------------------------------------------------- - 10 - 3.1 系统物理结构 ------------------------------------------------------------------------------- - 11 - 3.1.1 系统流程图 -------------------------------------------------------------------------------- - 11 - 3.1.2 技术要求 ---------------------------------------------------------------------------- - 13 - 3.1.3 系统体系结构---------------------------------------------------------------------- - 14 - 3.2子系统功能描述及实现---------------------------------------------------------------- -14- 3.2.1 系统总体结构---------------------------------------------------------------------- - 14 - 3.2.2 子系统结构 ------------------------------------------------------------------------- - 14 - 3.3各子系统功能模块的实现 ------------------------------------------------------------ -21- 3.3.1信息输入模块 ---------------------------------------------------------------------- - 21 - 3.3.2 信息修改模块---------------------------------------------------------------------- - 21 - 3.3.3 信息查询功能---------------------------------------------------------------------- - 21 - 3.3.4 信息分析功能---------------------------------------------------------------------- - 22 - 3.3.5 信息输出功能---------------------------------------------------------------------- - 22 - 3.3.6 其它功能 ---------------------------------------------------------------------------- - 22 - 3.4软件结构图 ----------------------------------------------------------------------------------- - 24 - 3.4.1应用软件的设计思想 -------------------------------------------------------------- - 24 - 3.4.2软件系统总体架构 ---------------------------------------------------------------- - 25 - 4 开发过程--------------------------------------------------------------------------------------- - 26 - 4.1系统开发环境----------------------------------------------------------------------------- -26- 4.2总体进度计划 ----------------------------------------------------------------------------- -26- 4.3经费预算 ----------------------------------------------------------------------------------- -27- 5 软件设计标准 -------------------------------------------------------------------------------- - 27 - 5.1 用户界面-------------------------------------------------------------------------------------- - 27 - 5.2 硬件接口-------------------------------------------------------------------------------------- - 28 - 无线环境监测模拟装置（D题） 【本科组】 一、任务 设计并制作一个无线环境监测模拟装置，实现对周边温度和光照信息的探测。该装置由1个监测终端和不多于255个探测节点组成（实际制作2个）。监测终端和探测节点均含一套无线收发电路，要求具有无线传输数据功能，收发共用一个天线。 二、要求 1．基本要求 （1）制作2个探测节点。探测节点有编号预置功能，编码预置范围为00000001B～11111111B。探测节点能够探测其环境温度和光照信息。温度测量范围为0℃～100℃，绝对误差小于2℃；光照信息仅要求测量光的有无。探测节点采用两节1.5V干电池串联，单电源供电。 （2）制作1个监测终端，用外接单电源供电。探测节点分布示意图如图1所示。监测终端可以分别与各探测节点直接通信，并能显示当前能够通信的探测节点编号及其探测到的环境温度和光照信息。 （3）无线环境监测模拟装置的探测时延不大于5s，监测终端天线与探测节点天线的距离D不小于10cm。在0～10cm距离内，各探测节点与监测终端应能正常通信。 2．发挥部分 （1）每个探测节点增加信息的转发功能，节点转发功能示意图如图2所示。即探测节点B的探测信息，能自动通过探测节点A转发，以增加监测终端与节点B 之间的探测距离D+D1。该转发功能应自动识别完成，无需手动设置，且探测节点A、B可以互换位置。 （2）在监测终端电源供给功率≤1W，无线环境监测模拟装置探测时延不大于5s 的条件下，使探测距离D+D1达到50cm。 （3）尽量降低各探测节点的功耗，以延长干电池的供电时间。各探测节点应预留干电池供电电流的测试端子。 （4）其他。 2．发挥部分 （1）每个探测节点增加信息的转发功能，节点转发功能示意图如图2所示。即探测节点B的探测信息，能自动通过探测节点A转发，以增加监测终端与节点B 之间的探测距离D+D1。该转发功能应自动识别完成，无需手动设置，且探测节点A、B可以互换位置。 （2）在监测终端电源供给功率≤1W，无线环境监测模拟装置探测时延不大于5s 的条件下，使探测距离D+D1达到50cm。 （3）尽量降低各探测节点的功耗，以延长干电池的供电时间。各探测节点应预留干电池供电电流的测试端子。 （4）其他。 三、说明 1．监测终端和探测节点所用天线为圆形空芯线圈，用直径不大于1mm的漆包线或有绝缘外皮的导线密绕5圈制成。线圈直径为（3.4±0.3）cm（可用一号电池作骨架）。天线线圈间的介质为空气。无线传输载波频率低于30MHz，调制方式自定。监测终端和探测节点不得使用除规定天线外的其他耦合方式。无线收发电路需自制，不得采用无线收、发成品模块。光照有无的变化，采用遮挡光电传感器的方法实现。 2．发挥部分须在基本要求的探测时延和探测距离达到要求的前提下实现。3．测试各探测节点的功耗采用图2所示的节点分布图，保持距离D+D1=50cm，通过测量探测节点A干电池供电电流来估计功耗。电流测试电路见图3。图中电容C为滤波电容，电流表采用3位半数字万用表直流电流档，读正常工作时的最大显示值。如果D+D1达不到50cm，此项目不进行测试。 基于无线传感网络的环境监测系统 摘要：随着经济和科技的发展，农业种植也有了长足的发展，从之前的小面积 种植演变为了如今的大规模，为了提高生产效率，减少劳动力，必须引进先进的 技术配合人工劳作进行种植。传统的环境监测系统布线成本高，抗干扰性差，增 加新监测点时必须改变物理线路，工序复杂，维护难度大。 关键词：无线传感网络；Zig Bee；环境监测； 为满足环境温度监测系统远距离，低成本，部署灵活等要求，设计并实现了 一种树型结构的无线传感网络，通过无线传感网络采集环境温度数据并上传监控 主机，实现远距离检测和监控．介绍了节点硬件设计，然后根据环境温度监测的 应用需求进行软件设计，采用休眠机制以降低节点的功耗，将系统进行实地部署 与测试．表明：该系统具有较高的实用性和可靠性。 1 相关工作 研究目的是利用ZigBee技术结合WSN设计安全高效的、个性化的环境监测 系统。许多本领域学者已经利用WSN设计了一些环境监测系统，代表性的成果有：雷旭等利用无线传感器网络设计了隧道环境信息监测系统。系统以STM32微控制器为核心设计了低功耗网络节点与网络汇聚节点设计了B/S模式访问的监控 中心软件；梅海彬等提出了一种基于Arduino开放平台与XBee Pro增强通信距离 的无线传感器网络，对近海环境进行了实时监测；陈克涛等设计了以CC2530为 核心处理器的无线传感器网络农业环境监测网关节点；提出一种基于无线传感器 网络和3G/4G的远程环境监测系统；研究了WSN接入In?ternet的方法；Arch Rock Corp等研究了IPV6WSN；另外，针对农田土壤参数（诸如温湿度等）的精 确采集系统设计上，很多学者研究了土壤WSN精确化应用系统与实现的关键技术。诸如此类，这些都是典型的WSN环境监测系统与关键技术研究的文献成果。概括这些目前WSN环境监测领域文献共性特点，大多是针对农业、海洋等某一 领域设计的应用系统，缺乏共性通用的系统平台设计思想；另外由于缺乏目前云 计算、最先进的新技术植入，缺乏先进与人性化设计理念。针对这些弱点，进行 了研究改进。实践证明本文设计的系统，用户随时随地都可以了解监测场所的环 境信息，如：温度、湿度、可燃有毒气体及其浓度、火灾、光线明暗程度等数据。此外，系统利用数据融合技术实时闭环环境信息的预警决策，能根据信息特点实 现对环境的智能化管理，如环境安全指数超标会做出决策并采取一些措施。 2 无线传感器网络和Zig Bee技术 无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量价格较低的传感器节点以自组织的方式构成的无线网络系统[。将这些传感器节点部署在目标区域内，节点通过无线通信的方式自发形成多跳的无线网络，监测区域内的各种环境 信息通过传感器的感知、采集和处理后经由无线网络传送给监控中心或终端用户，协作完成指定的任务。ZigBee是一种便宜的、低功率的近距离无线组网通信技术。适用于通信数据量不大、数据传输速率相对较低，分布范围较小，一般应用于无 线传感器网络、家庭自动化、农业自动化、遥测遥控和医疗护理等方面。ZigBee 的主要特点是低速率、低功率、低成本、自配置和灵活的拓扑结构，抗干扰能力强。ZigBee技术与现有的控制网络标准无缝链接，具有很强的兼容性。 3 硬件设计 目录 摘要...................................................................... 错误！未定义书签。Abstract .................................................................... 错误！未定义书签。1方案设计.. (1) 1.1理论分析 (2) 1.2设计方案论证与选择 (2) 1.2.1探测点和控制终端处理器的选择 (2) 1.2.2无线收发芯片的选择 (2) 1.2.3温度传感的选择 (3) 1.2.4光电传感的选择 (3) 1.2.5 显示器件的选择 (3) 1.3整体系统设计框图 (4) 2各模块的硬件设计与核心电路 (5) 2.1自制无线收发电路 (5) 2.1.1无线发射电路 (5) 2.1.2 无线接收电路 (5) 2.2传感模块 (7) 3 DS18B20无线收发模块程序流程图 (8) 参考文献： (10) 附录1 完整电路图 (11) 附录2实物图照片 (12) 附录3 软件程序源代码 (14) 2009年全国大学生电子设计竞赛试题 无线环境监测装置 摘要：本系统是由单片机AT89C52作为主控芯片，选用DS18B20作为 环境的温度采集芯片，以及用光电传感器对周围环境的光照进行探测。把DS18B20采集回的当前环境下的温度数据和光电传感器采集回来的光照情况的数据传送给探测点的AT89C52,进行相关的数据处理。然后把信息通过无线发射模块传送给控制终端的无线接收模块。在控制终端把接收回来的数据经过主控芯片AT89C52进行处理。然后传送给LCD12864，对探测点的温度和光照情况进行实时显示。经过测试，自制的无线收发模块，其无线传输载波频率为27MHZ 完全符合要求，探测时延在2s以内，天线与探测点的距离在50厘米以上，有比较好的数据传输功能。温度数据经过编码后通过无线传输的精度控制在1摄氏度以内。整个系统基本上达到了设计要求。 关键字：单片机AT89C51,无线发射，无线接收，DS18B20，LCD12864。 Abstact:This system uses the AT89C52 microcontroller as the master chip, chosing DS18B20 as the environmental temperature collecting chips and using the photoelectric sensors to detect the ambient light. The temperature data from DS18B20 and the data from the optical sensors, about the current environment, are transmitted to the AT89C52.Then the associated data is processed. And the processed data is transmited to the control terminal of the wireless receiver module through the wireless transmitter module.In the control terminal, the received data is processed by the master chip AT89C52 and then send it to LCD12864. Lastly the detection point temperature and light conditions in is real-time displayed.Test proves that the self-produce wireless transceiver module is accurate, the wireless carrier frequency of 27MHZ fully comply with the requirement and the detect delay is 2 s or less. The distance between the antenna and the detection point is 50 cm or more.This proves that transmission capability is fine. The precision of temperature data encoded through wireless transmission is 1 degrees. All prove that the system meets the design requirements fully. Keywords: SCM AT89C51, wireless transmitters, wireless receivers, DS18B20, LCD12864. 本科毕业设计（论文） （2011届） 题目环境监控系统的设计 学院物理与电子工程学院 专业电子信息工程 班级08电子信息工程（2）班 学号 学生姓名 指导教师 完成日期2011年3月 环境监控系统的设计Environmental Monitoring System Design 学生姓名： Student:LinChaoWei 指导教师 Advisor:Lecturer Wang Yang 台州学院 物理与电子工程学院School of Physics&Electronic Engineering Taizhou University Taizhou,Zhejiang,China 2011年3月 Mar.2011 摘要 环境监控系统是一个综合利用计算机网络技术、数据库技术、通信技术、自动控制技术、新型传感技术等构成的计算机网络，提供的一种以计算机技术为基础、基于集中管理监控模式的自动化、智能化和高效率的技术手段，能够对环境温度、亮度和湿度等模拟信号的采集，并显示相应值，对相应参数超出预定范围进行报警及能通过串口通信在上位机进行显示，得以更好了解环境温度、亮度和湿度，对监控环境起到极大的作用。 关键词 温湿度亮度传感器；环境监控；单片机；报警 Abstract Environmental monitoring system is a comprehensive use of computer network technology,database technology,communication technology, automatic control technology,sensor technology,a new computer network, provides a computer technology as the foundation,based on the centralized management mode of monitoring automation,intelligent and efficient technical means,to environment temperature,brightness and humidity analog signal acquisition,and display the corresponding to the corresponding parameter values,beyond a predetermined range of alarm and can through the serial communication to the host computer for display,to better understand the environmental temperature and humidity,brightness,to monitor the environment plays a great role. Key words Temperature and humidity brightness sensor;environmental monitoring; single chip microcomputer;alarm无线环境监测系统设计
基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现
无线环境监测模拟装置
无线环境保护自动监测系统(精)
智能家居环境监测系统设计与实现
智能环境监测系统的设计说明
无线发射接收系统设计与实现
水环境监测信息管理系统
环境监测信息系统总体设计方案
无线环境监测模拟装置(D题)
基于无线传感网络的环境监测系统
无线环境监测模拟装置(完整版)
环境监控系统的设计1
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