智能家居中的环境监测系统毕业论文(存储版)

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智能家居中的环境监测系统毕业论文(存储版)

【正文】 围0100%RH响应时间1/e(63%)缓流空气4S迟滞177。而在本系统中,通过湿度传感器对湿度信息的采集,再经由PC的处理后,对加湿器进行控制,即可达到科学明了地控制室内的湿度。当光线过强时,可以控制窗帘自动合起,反之则可以控制其打开或电灯打开。程序设计要简单,数据传输格式要统一。 (1)Chipcon公司(目前已被TI公司收购)推出的CC2420,用来开发工业无线传感及家庭组网等PAN网络的ZigBee各种产品。IPLinkl270系列模块内嵌的ZigBee 。图41中心控制结构图(1)电源部分设计本部分的设计采用外部5V直流电源供电。以节省能耗，它分别连接在CC2430的P44和P43口。其中,PCB天线低成本,但性能不是特别的好,所以一般只能用于室外等较为开阔空间并且自行设计出效率高的天线设计困难:Chip天线体积小性能中等,成本中等:Whip天线性能好,属于全向天线,能使系统可靠性大大提高。其引脚接口功能和接口电路如表42所示。本系统采用通道6(P0_6)作为按键输入模拟信号的采集通道。因此,在系统的监测区域较大或者信号微弱时,可以采用增加路由节点来实现网络区域的覆盖,增强网络的稳定性。绿色表示可表示节点的工作状态,供用户自己定制其表示的功能。数据采集部分由传感器模块和信号调理模块组成,实现对物理信号的采集、信号的转化、处理，提高信号的精确度。该电压主要为传感器模块提供工作电压。 通常报警传感器输出的是开关型信号,当检测量超过某个阈值时,传感器输出一个开关信号触发报警。DATA(串行数据)用于数据的读取。DATA与SCK两根信号线分别与CC2430的Pl_l和P1_2相连,实现数据的读写。当一氧化碳气体浓度超过600 ppm时,短期内会引起窒息死亡。它采用微型ChipLED无铅表面封装,它是业内体积最小的器件之一,。图418 亮度传感器信号采集电路图由图418可知,光传感器输出电压信号经过一个电压跟随器以后被送到同向放大器进行放大处理。LH91L的工作电压为12V,其工作原理如下图419所示。本章小结 本章主要做了以下几个方面的工作：,选择合适的开发平台；,包括:天线、电源、按键、LCD显示、串口；；,包括:电源及电源管理单元,不同类型传感器的信号采集单元的设计。（1）ZigBee网络应用数据收发模块 在ZigBee网络中,应用层定义了两种数据服务传输格式:KVP(键值对)和MSG(消息)。指令集如表52所示。表54 消息内容为3/4个字节的格式信息类型(IT,Information Type) 数据大小(Value)(I字节) (2/3字节)0x0l 节点地址信息(2字节)+节点角色信息(1字节)0x02 节点能量信息(2字节)0x03节点采集周期(2字节)0x040xFF 扩展保留 在ZStack中,当节点接收到数据时,操作系统抽象层会产生一个AF INCOMING MSG CMD事件通知,用户只需要在该事件下对接收到的消息进行处理即可。本系统在硬件设计时,已选用串口0与管理中心的通信,对其串口0的配置如下所示： =TRUE； =HALUART_BIU38400。如：“03796F”“04”节点的网络地址(4字符)+周期值(2字符)对指定节点设置采样周期。发送节点的能量信息到管理中心。//将16进制数据的字符串转为整形 void strcpy(char* msgl,char* msg32)。//LCD显示字符串数据void send cmd(intn)。 路由器节点在网络中的主要作用是负责网络节点的管理与数据的接受、发送。//等待50ms MicroWait(50000)。下面分别对各个指令的执行程序介绍。为此,系统在软件设计时为不同的传感器节点设定了不同的采样延迟时间,以保障系统获得精确的采样数据。 在完成上述启动时序后,主机发出一个后续8位命令码,该命令码包含3个地址位(默认地址位为“000”)和5个命令位(如表45所示)。在随后8个SCK周期下降沿,从机发出低字节数据。SHT11传感器采集部分的程序如下表56所示：表56 SHT11传感器数据采集程序列表函数名功能说明void SH_start(void) SHT11的启动子程序；void SH_ACK(void)SHT11发送应答位子程序void SH_NOACK(void)SHT11发送非应答子程序，使数据传输过程结束void check_ACK(void)CC2430应答检查子程序，使数据传输过程结束void SH_send Byte(uint8 ch)发送～个字节uint8 SH receive Byte(void) 接收一字节void Init SHT(void) 初始化SHT11Void SH_Measure Tem(void)发送测量温度命令，调用后应延迟void SH_Measure Hum(void) 发送测量湿度命令，调用后应延迟int Read Data(void)读测量数据char本系统ADC数据量化可利用协议栈自带的API函数进行数据的读取,其分辨率选择为8位。下面将分别针对这两种传感器的输出数据进行计算。分辨率为12位时,本部分的数据计算将在管理中心程序中执行。当该位置1时,湿度的分辨率为8位,温度的分辨率为12位。在第9个时钟下降沿,主机将DATA总线拉低作为ACK信号。从机在一个启动时序后就可以开始传输数据,其在启动时序序如图55所示。当其输出为低电平时,模拟开关断开了各个电源的输出。随后,该节点断开数据采集模块的电源并进入指令等待状态。根据ZStack中对电池能量级别的定义,系统的能量分为8级,即{, , , , },节点能量检测程序如下所示： uint8 (void) { uint8 vdd_pass_n=0。如果是管理中心发送的指令信息，控制中心节点将解析该指令,并根据指令中包含的信息将指令发送到指定的节点。 //菜单界面程序； Uint8 getmykey(void) 。//串口接收回调函数 char*longtochar(long n,char *buf)。如：“02796F3”“03”节点的网络地址(4字符)+能量级别(1字符)。根据以上对控制中心节点的功能介绍,下行数据指令信息及其格式如下表55所示：表55 下行数据指令信息格式指令(2字符)负载(变长) 说明“01”节点的网络地址(4字符)命令该节点执行数据采集。设计人员在使用的过程中,只需要对该单元进行适当的配置就可以调用该单元,实现数据的收发。其中，数据对象D0表示对应的传感器节点发送的数据,数据长度大小为2个字节。在ZStack中,应用程序可以通过解析接收到的消息中的簇信息,分别进行数据的处理。同时,为了方便用户使用,控制中心节点也可以单独作为手持终端使用,直接通过按键与LCD显示屏观察监测数据。当其检测到入侵信息时,提供开关型信号量输出。一般情况下,该传感器的输出端处于常开状态。由于光传感器在lK欧姆负载下输出的电压信号微弱,为了更精确的测量环境的光照信息,本文还设计了信号放大电路,其放大倍数可以通过调整变阻器来满足实际需求。放大电路如图417所示。在生活中,当环境中一氧化碳气体浓度超过100 ppm(100x106)时,人体就会产生头晕、乏力等不适感。SHTll的命令集如表43所示。 1. SHT11温湿度传感器工作过程SHTll采用12C的工作方式,系统由两个信号线实现数据的读写。目前,市场上传感器模块种类繁多,不同厂家生产的传感器模块的规格与集成度也各不相同。该电压主要为CC2430与运算放大器AD8544提供工作电压。因此,这三部分的电路设计可以完全按照路由器节点的设计来实现。红色表示电源工作正常。放大器的不同输出电压经过ADC 6通道转换为不同的数字值后,通过软件中断来判断是否有键按下以及通过转换的数值判断按键的类型。每个不同的按键产生不同的模拟电压,ADC通过判断采集的电压的数值范围从而确定按键的输入。图47 串口部分电路图(5)LCD显示模块设计 LCD显示部分采用2X16的字符型液晶显示模块。PF P,TxRx Switch,RF N分别为CC2430的42,43,44号管脚。其电路原理图如图42所示。控制中心节点在ZigBee网络中充当协调器节点的角色,主要负责ZigBee网络的建立,节点的管理等任务。可以灵活的嵌入到既有的产品中,轻而易举实现无线感测和监控网络的功能。在射频收发芯片方面,主要有Chipcon公司的CC2420[17],CC2430[18]和FreeScale公司[19]的MCl3192，MCl3193所提供的两大解决方案。故要求系统的安全性； （3）外观:由于要安装在家庭各个地点,故要求其尽量小巧,美观； （4）可扩展:能根据用户的不同需求,随时增加或减少节点设置。10%长期漂移：2%/每月推荐负载值：10Ω线性度输出：线性使用寿命3年 （4）亮度 亮度的监测可以利用分布在各个房间里的光敏传感器来实现。湿度 人类对湿度虽然不是特别敏感,但其时时刻刻亦影响着人们的健康,尤其是老年与儿童。表31 SHT11性能参数表参数条件最小典型值最大单位湿度分辨率%RH81212bit重复性177。当然在实践过程中可以根据家庭居住环境的大小和所需监测的内容,来增加或减少传感器节点,而只需做小许改动即可。其包括初始化程序,发射程序和接受程序。(1)硬件平台设计。第3章 家居环境监测系统设计 本文的家居环境监测系统,通过对传感器技术、ZigBee无线网络技术和计算机等技术的综合运用,得以实现对家庭环境的实时监测,从而间接地为用户创造一个健康的,舒适适宜的居住环境。l 从终端的应用中集合配置的信息来执行和确定发现、网络管理、绑定管理,以及安全管理等作用。(2)应用层框架 为存在ZigBee设备中的应用对象提供活动的环境的是ZigBee中的应用框架。要求设备具有断开网络的能力和具有连接一个新的网络的能力,以建立一个ZigBee协调器或者路由器； :需要具有发现、汇报和记录相邻设备信息的能力； :ZigBee协调器和路由器具有分配地址给新加入网络的设备的能力； :具有发现并且记录传送信息的网络路由的能力； :具有控制设备是否处于接收状态的能力,即控制接收机接收信息时间的长短和什么时候来接收信息,以此来保证MAC层的正常接收和同步等。网络层管理实体(NLME)与之不同,它是通过网络层管理实体服务接入点(NLMESAP)来提供网络管理服务的。在CAP期间发送数据桢时,首先设备要锁定下一个退避时隙的边界位置,然后在等待随机个退避时隙后,若检测到信道处于忙的状态,则需要再等待随机个退避时隙,再次试着接入信道。其实不难理解,信标帧在整个超帧结构中的地位就好比灯塔的导航作用一样,不仅界定了超帧的起始,通过信标帧可以设定固定分配时隙周期的有无及其长度,这实际上决定超帧的构架,如果不存在信道固定分配周期的话,所有的数据传送完全通过CSMA/CA竞争机制来接入信道。基于竞争的信道接入方式采用了CSMA/CA信道竞争机制,而对于一些有特殊要求的数据传送,则采用的是分配固定有保证时隙(GTS)的方式接入信道。对于每个发送出去的数据包,R1是第一个原始比特,计算E1时则设E0=0。IEEE ,它们分别为： （1）通过判断无线信号的特征来评估信道空闲判断。LLC子层则可以通过使用SSCS的服务接口来访问IEEE 。 （2）ZigBee终端设备(ZigBee End Device):其一般的简化的功能设备。另外,因为ZigBee技术的速率要求低,协议内容简单,从而节省了开发的成本； （3）功耗低。ZigBee联盟则于2001年成立,而2002年下半年,Invensys、Mitsubishi、Motorola以及Philips四大半导体公司共同宣布加盟ZigBee技术联盟,以研发名为“ZigBee”的新一代无线通信标准,ZigBee联盟负责开发网络层及以上的协议。主要研究了ZigBee协议中各个部分的组成和数据结构,并对各层中的重点内容进行了详细的分析。但当采用有线技术方案时,根据智能家居环境监测系统的特点,它存在一些缺点,如下面几项所示:(1)系统布线麻烦。设计好环境监测子系统对于构建智能家居系统和提高用户的生活环境质量具有重要的意义。智能家居系统的结构如图11所示。人们希望通过这种技术将家庭中各种与信息相关的通讯设备、家用电器和家庭安防等装置连接到一个家庭智能化系统上进行集中或异地监视、控制和管理，保持这些家庭设施与住宅环境的和谐与协调一致，从而满足用户对居住环境的需求。因此，智能家居环境监测子系统是实现智能家居系统功能的重要组成部分与基本条件,是提供用户安全、舒适、便捷生活的重要手段。虽然现在的各种有线技术亦能够对环境信息进行监测与处理,让各种监测设备之间进行连接通信。此课题旨在设计出一款能够快速、实时、准确连续地测出空气中温湿度、一氧化碳、光照强度等的环境监测系统,使用基于ZigBee短距无线通讯技术,环境信息采集模块与显示终端实现无线通信,省去了传统布线的麻烦。ZigBee的名字主要来源于蜜蜂通过跳 ZigBee形状的舞蹈来传递所发现的食物的位置、距离和方向等信息,一只一只的传递下去,此种技术与蜜蜂的这种通信方式相类似。由于ZigBee联盟已经有二十多家,他们的研发实力都很强,好多公司均已在二零零三年正式推出自己的ZigBee

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