基于ZigBee的环境质量监测Word文档格式.docx
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中心节点接收各个传感器节点发送的数据,并送到上位机软件显示,分析和存储。
关键字:
ZigBee;
无线传感器;
节点
Abstract
ZigBeetechnologyisakindofclose,lowcomplexityandlowpowerconsumption,lowdatarateandlowcostoftwo-waywirelesscommunicationtechnology,mainlyissuitableforautomaticcontrolandremotecontrol,canbeembeddedintoallkindsofequipment,verysuitablefortheresponsibilityoffoodorganizationwirelesssensornetworkhasaveryimportantresearchvalue.
ThistopicZigBeetechnologybasictheory,analysisofZigBeetechnologynetworkmode,combiningwithdomestictherearesensortechnology,proposesthewirelesssensornetworksystemforenvironmentalmonitoring.Systemconsistsofsensornodes,routingnodes,thecenterofthenodeandPCmonitoringplatform.Temperaturesensorsnetworkconsistsofsensornodes,acquisition,suchasPM2.5environmentvariableinformation;
Keystrokesand232communicationfunction,canbeusedasawirelessnetworknode,andseparatelyasthesensormeasurementsystem;
Responsibleforforwardingdatatoincreasetheroutingnodecangreatlyextendthewirelesstransmissiondistance;
Centernodetoreceivedatasentbyeachsensornode,andsenttoPCsoftware,accordingtotheanalysisandstorage.
Keywords:
zigbee;
Wirelesssensor;
node
1设计意义与目的
1.1意义
近年来,随着无线传感器网络技术的迅猛发展,以及人们对于环境保护和环境监督提出的更高要求,越来越多的企业和机构都致力于在环境监测系统中应用无线传感器网络技术的研究。
通过在监测区域内布署大量的廉价微型传感器节点,经由无线通信方式形成一个多跳的网络系统,从而实现网络覆盖区域内感知对象的信息的采集量化、处理融合和传输应用。
与传统的环境监测手段相比,使用传感器网络进行环境监测有三个显著的优势:
一是网络的自组性提供了廉价而且快速部署网络的可能;
二是现场采集的数据可通过中间节点进行(路由)传送,在不增加功耗和成本的前提下,可将系统性能提高一个数量级;
三是网络的健壮性、抗毁性满足了某些特定应用的需求。
1.2目的
本设计以TI公司ZigBee芯片CC2530为控制核心,实时监测目标环境内温度,PM2.5等工业参数,并将实测值与人工设定的超限制进行对比,系统能对大面积的多点温度,PM2.5进行监测,并将数据传输到PC机上进行数据存储与分析。
整个监测网络是由基于ZigBee技术的无线温度和PM2.5传感器节点和ZigBee无线网关组成。
无线监测节点放置于需要测量的现场,执行温度PM2.5和数据采集、预处理和发送等工作。
通过无线传感器发送给接收节点,最后实时的显示其情况。
2设计内容
2.1工作原理
PM2.5传感器中心有个洞可以让空气自由流过,定向发射LED光,通过检测经过空气中灰尘折射过后的光线来判断灰尘的含量。
该传感器具有非常低的电流消耗(最大20mA,11毫安典型值),最高7VDC供电。
传感器的输出是一个模拟电压成正比的测量粉尘密度,具有0.5V/0.1mg/m3的灵敏度。
DS18B20具有3引脚TO-92小体积封装形式;
其示意图如下,低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小,用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。
高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变,所产生的信号作为计数器2的脉冲输入。
计数器1和温度寄存器被预置在-55℃所对应的一个基数值。
计数器1对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数,当计数器1的预置值减到0时,温度寄存器的值将加1,计数器1的预置将重新被装入,计数器1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数,如此循环直到计数器2计数到0时,停止温度寄存器值的累加,此时温度寄存器中的数值即为所测温度。
DS18B20测温原理框图
2.2设计方案
(1)了解zigbee的工作原理,根据原理画好PCB原理图。
(2)根据PCB原理图自制PCB板电路,将液晶屏,zigbee核心板,PM2.5传感器,温度传感器等相关元件设备进行集成。
(3)测试PCB电路,检查相关电路能否正常工作,以及zigbee核心板的能否正常调试。
(4)在完成电路调试后,用jlink下载器下载调试程序成功完成程序对相关元件的驱动
(5)实验完成后做好相应的实验总结。
2.3结构组成
从设计的功能来分析该系统须包括以下结构:
2.4实验所需器材
1.zigbee核心板
2.J-link
3.电池
4.PM2.5传感器
5.DS18B20温度传感器
6.杜邦线
7.焊接元器件
3实验电路图
温度传感器DS18B20接口电路
OLED显示屏接口电路粉尘传感器接口电路
Jtag下载电路
Zigbee插入部分电路
复位电路
电源
底板PCB图
Jtag下载部分电路
CH340TUSB转串口电路
协调器底板PCB图
4相关模块的性能参数
4.1PM2.5传感器性能参数
1.电源电压:
5-7V
2.工作温度:
-10-65摄氏度
3.消耗电流:
20mA最大
4.最小粒子检出值:
0.8微米
5.灵敏度:
0.5V/(0.1mg/m3)
6.清洁空气中电压:
0.9V
典型值
7.工作温度:
-10~65℃
8.存储温度:
-20~80℃
9.使用寿命:
5年
10.尺寸大小:
46mm×
30mm×
17.6mm
11.重量大小:
15g
4.2温度传感器性能参数
1.电压范围:
3.0~5.5V,在寄生电源方式下可由数据线供电
2.DS18B20支持多点组网功能,多个DS18B20可以并联在唯一的三线上,实现
组网多点测温
3.温范围-55℃~+125℃,在-10~+85℃时精度为±
0.5℃
4.可编程的分辨率为9~12位,对应的可分辨温度分别为0.5℃、0.25℃、
0.125℃和0.0625℃,可实现高精度测温
5.在9位分辨率时最多在93.75ms内把温度转换为数字,12位分辨率时最多
在750ms内把温度值转换为数字,速度更快
6.测量结果直接输出数字温度信号,以"
一线总线"
串行传送给CPU,同时可传
送CRC校验码,具有极强的抗干扰纠错能力
7.负压特性:
电源极性接反时,芯片不会因发热而烧毁,但不能正常工作。
5实验软件设计
任务登记及初始化
温度读取函数
PM2.5检测函数
将PM2.5和温度信息发送函数
协调器收到信息打印到电脑函数
6作品实物图展示
7实验小组成员分工
姓名
课程设计中承担的任务
刘静洁
负责画PCB电路图,编写调试程序
罗浩
制作电路板,并打好电路板上的元器件焊接洞孔
袁欢欢
根据原理图焊接实物元器件,并测试电路是否正常工作
魏学林
测试电路是否正常工作查找相关资料文献,总结完成实践报告
8实验总结
经过在这一段时间的课程实践,我们学到了很多,也学会了很多。
在老师同学的帮助与指点下,从画底板原理图、PCB图,制板焊接等,到写程序、下载程序、调试程序这一系列的工作中,我们可以说是受益匪浅。
不仅学会了有些实用的东西,就像画电路图、制板、焊接、用j-link下载程序等各种技巧与方式,还明白了团结的力量是巨大的。
分工合作不仅能使得工作简单化,也使得工作效率更高,这将在我们将来的生活与工作起到巨大的、不可替代的作用。
不管我们做出来的东西怎样,最起码我们从中学到了知识、技巧,我们学到的才是属于我们的。
这次课程实践或许不是最精彩的,但是是我们难忘的时光之一。
9参考文献
【1】基于ZigBee的无线网络技术及应用[J];
李浩;
信息技术;
2008年01期
【2】无线通信中ZigBee技术浅析[J];
邓雪萍;
消费导刊;
2008年15期
【3】基于射频芯片的ZigBee无线传感网络节点的设计[J];
刘雅举、蔡振江、张莉、李东明、赵秋霞;
微计算机信息;
2007年22期
【4】基于ZigBee技术的无线自主网通信模块的设计与实现[D];
刘超;
哈尔滨工程大学;
2007年
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- 关 键 词:
- 基于 ZigBee 环境质量 监测