基于物聯(lián)網(wǎng)的室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)演示系統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用實(shí)踐課程設(shè)計(jì)

1、*實(shí)踐教學(xué)*蘭州理工大學(xué)計(jì)算機(jī)與通信學(xué)院2014年春季學(xué)期物聯(lián)網(wǎng)綜合應(yīng)用實(shí)踐課程設(shè)計(jì)題 目： 基于物聯(lián)網(wǎng)的室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)演示系統(tǒng) 專業(yè)班級(jí)： 姓 名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 成 績(jī)： 摘要 室內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、傳輸以及處理，廣泛應(yīng)用于糧倉(cāng)的溫濕度控制以及家庭智能化控制等領(lǐng)域內(nèi)。針對(duì)傳統(tǒng)的有線方式檢測(cè)、采集、傳輸中節(jié)點(diǎn)分散需要大量布線等問題，本設(shè)計(jì)主要從無(wú)線傳感方向進(jìn)行改進(jìn)，本次課程設(shè)計(jì)介紹了一種基于cc2530和數(shù)字溫濕度傳感器的溫濕度采集系統(tǒng)，并且使用lcd1602點(diǎn)陣式液晶屏顯示菜單，有良好的人機(jī)對(duì)話界面。同時(shí)設(shè)計(jì)了聲光報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在參數(shù)超標(biāo)時(shí)及時(shí)的報(bào)警。室內(nèi)智能空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀體積小，功耗

2、低，操作簡(jiǎn)單，適合應(yīng)用于家庭和社區(qū)的醫(yī)療健康保健，能夠?qū)崟r(shí)知道室內(nèi)空氣的質(zhì)量。該系統(tǒng)采用zigbee無(wú)線通信技術(shù)結(jié)合傳感器，通過(guò)運(yùn)用zigbee協(xié)議架構(gòu)組建無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)主從節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集和傳輸,以及一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)，兩點(diǎn)之間的通信。并詳細(xì)闡述了基于zigbee協(xié)議棧的中心節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)的協(xié)議傳輸，主要是從zigbee協(xié)議棧網(wǎng)絡(luò)層里aodv路由協(xié)議著手，闡述在網(wǎng)絡(luò)層如何通過(guò)aodv路由協(xié)議進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間的連接以及數(shù)據(jù)的收發(fā)。能在甲烷濃度值與干涉條紋移動(dòng)量之間建立一種線性關(guān)系。然后進(jìn)行視頻采集，將連續(xù)移動(dòng)變化的干涉圖樣輸入嵌入式系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)字圖像處理，獲得干涉條紋的移動(dòng)量，從而得到甲烷的濃度值。關(guān)鍵字:

3、 cc2530; zigbee協(xié)議棧; 無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)；lcd顯示；甲烷目 錄第1章 緒論31.1設(shè)計(jì)的目的及意義31.1.1室內(nèi)空氣品質(zhì)(iaq)的作用31.1.2課題研究目的及意義31.2國(guó)內(nèi)外的研究狀況41.3方案總體設(shè)計(jì)51.3.1總體方案設(shè)計(jì)5第2章 室內(nèi)空氣品質(zhì)基本介紹62.1室內(nèi)空氣品質(zhì)及認(rèn)識(shí)62.1.1室內(nèi)空氣研究的背景62.1.2室內(nèi)污染物種類及來(lái)源分析62.2室內(nèi)空氣品質(zhì)的監(jiān)測(cè)方法及改善空氣品質(zhì)的方法72.2.1室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)方法72.2.2改善空氣品質(zhì)方法72.3試指標(biāo)的選定室內(nèi)空氣品質(zhì)測(cè)8第3章 室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)93.1基本原理93.1.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及原理

4、93.1.2 at89s52單片機(jī)簡(jiǎn)介103.2傳感器的選用113.2.1氣體傳感器113.3 cc2530介紹13第4章 室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)演示的軟件設(shè)計(jì)164.1軟件功能需求164.2軟件模塊設(shè)計(jì)164.2.1主程序模塊164.3 zigbee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)17第5章 串口通信程序設(shè)計(jì)流程195.1總體程序設(shè)計(jì)流程圖195.2串口設(shè)置20參考文獻(xiàn)22致 謝23附 錄24第1章 緒論1.1設(shè)計(jì)的目的及意義1.1.1室內(nèi)空氣品質(zhì)(iaq)的作用室內(nèi)空氣品質(zhì) (iaq)的問題導(dǎo)致的病態(tài)建筑綜合癥 ,使人們的健康和工作效率大受影響。隨著人民生活水平的提高 ,帶來(lái)了裝修熱潮 ,使得iaq問題在我國(guó)尤為突出

5、。由于對(duì)iaq的主觀評(píng)價(jià)要待工程竣工投入使用后才能進(jìn)行 ,所以缺乏對(duì)工程建設(shè)的指導(dǎo)意義。目前 ,在千百種污染物同時(shí)作用時(shí) ,對(duì)將哪些污染物作為客觀評(píng)價(jià)對(duì)象 ,以及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和較為實(shí)用的工作方法尚缺少研究 ,應(yīng)在實(shí)踐中不斷探索和研究 ,提高iaq評(píng)價(jià)對(duì)實(shí)際工作的指導(dǎo)作用。iaq在健康方面的影響：美國(guó)環(huán)保署(epa)調(diào)查表明:在美國(guó)，iaq問題是有關(guān)全民健康的首要問題之一，受其影響的美國(guó)人口多達(dá)3000萬(wàn)，造成的經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)了400億美元/年，這些數(shù)字令人觸目驚心；加拿大衛(wèi)生組織調(diào)查表明：68%的疾病與室內(nèi)環(huán)境污染有關(guān)，其中80%90%的癌癥與居住環(huán)境和生活習(xí)慣有關(guān);英國(guó)科學(xué)家漢密爾頓測(cè)驗(yàn)了220名

6、英國(guó)人血液中60種化學(xué)元素的平均含量，發(fā)現(xiàn)其與地殼中這些元素的含量分布相當(dāng);湖南省相關(guān)部門對(duì)空氣污染區(qū)及清潔區(qū)9-10歲兒童為調(diào)查對(duì)象，研究空氣污染對(duì)兒童免疫力的影響，結(jié)果顯示:污染區(qū)兒童的免疫能力僅為清潔區(qū)兒童免疫能力的1/3;據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)每年有11萬(wàn)人因iaq不好而導(dǎo)致死亡;從我國(guó)“室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心”對(duì)iaq監(jiān)測(cè)力度越來(lái)越大的趨勢(shì)也可以看出，此問題在我國(guó)也是越來(lái)越嚴(yán)重。iaq在工作效率及社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面的影響：美國(guó)“職業(yè)安全及健康管理局”估計(jì)因室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量惡劣而導(dǎo)致每個(gè)員工每天損失14-15分鐘的工作時(shí)間，不僅損失了生產(chǎn)力，使成本上升，而且也導(dǎo)致醫(yī)療費(fèi)用的增多影響整個(gè)社會(huì)的經(jīng)濟(jì)利益。為此，人們

7、認(rèn)識(shí)到解決iaq問題的重要性與迫切性，同時(shí)iaq問題已經(jīng)成為建筑環(huán)境、醫(yī)藥衛(wèi)生、智能監(jiān)測(cè)、自動(dòng)控制等研究領(lǐng)域所關(guān)心的問題。1.1.2課題研究目的及意義由于目前建筑材料的不同、燃料的劣質(zhì)、抽煙、通風(fēng)不良等原因，室內(nèi)的空氣狀況往往不如室外，盡管大量的空調(diào)系統(tǒng)被應(yīng)用到室內(nèi)空間，但由于節(jié)能，減排等，使iaq進(jìn)一步惡化，同時(shí)出現(xiàn)的舒適性空調(diào)僅著眼于熱舒適，忽視了空氣凈化，從而導(dǎo)致了一些負(fù)面作用: sbs建筑物綜合癥、bri建筑物關(guān)聯(lián)癥和mcs化學(xué)物資過(guò)敏癥等。 檢測(cè)甲烷的方法有光干涉法、紅外光纖吸收法、熱導(dǎo)體催化法、半導(dǎo)體氣敏在這種情況下，設(shè)計(jì)開發(fā)一套空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀表是有現(xiàn)實(shí)意義的。目前，對(duì)于室內(nèi)環(huán)境監(jiān)

8、測(cè)具儀表已經(jīng)有很多種，雖然此類儀表成本不是很高，監(jiān)測(cè)速度較快，但是絕大數(shù)產(chǎn)品只是用來(lái)監(jiān)測(cè)，不具備自動(dòng)控制調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣質(zhì)量的能力。實(shí)際上，單純的監(jiān)測(cè)不能提供經(jīng)濟(jì)可行的空氣質(zhì)量調(diào)節(jié)措施，因此只有以控制作為監(jiān)測(cè)的后備支持，監(jiān)測(cè)工作才可以更深入持久地開展下去，才能達(dá)到監(jiān)測(cè)和控制的有機(jī)結(jié)合，盡快為人們創(chuàng)造良好的室內(nèi)環(huán)境。因此，本文基于量化監(jiān)測(cè)，提出“室內(nèi)便攜式智能空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀”系統(tǒng)，此系統(tǒng)旨在實(shí)現(xiàn)室內(nèi)空氣溫度、濕度、有害氣體的預(yù)警監(jiān)測(cè)及自適應(yīng)智能調(diào)節(jié)，利用mcu進(jìn)行數(shù)據(jù)采集保證了前臺(tái)數(shù)據(jù)的及時(shí)、準(zhǔn)確，有利于進(jìn)行全方位的評(píng)價(jià)，為人類營(yíng)造一個(gè)健康的室內(nèi)生存空間。1.2國(guó)內(nèi)外的研究狀況氣體傳感器測(cè)定甲烷成為

9、近年來(lái)甲烷檢測(cè)研究的新熱點(diǎn)。早在1983年，壓電類甲烷傳感器就已問世。這種傳感器可以不需要對(duì)樣品進(jìn)行任何處理就可以測(cè)定，但易受水分子的影響而使晶體震動(dòng)頻率發(fā)生漂移，故基本無(wú)實(shí)用性。為適應(yīng)室內(nèi)空氣甲烷現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的要求，目前已開發(fā)出不少甲烷快速測(cè)定儀，這些儀器可直接在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定甲烷濃度，操作方便，適用于室內(nèi)和公共場(chǎng)所空氣中甲烷濃度的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，也適用于環(huán)境測(cè)試艙法測(cè)定木質(zhì)板材中的甲烷釋放量。但這些儀器的工作原理、響應(yīng)性能、適應(yīng)范圍等都不同。在測(cè)試甲烷、苯等害氣體方面，國(guó)內(nèi)的有:江蘇安普電子工程有限公司生產(chǎn)的400型甲烷分析儀、北京賓達(dá)綠創(chuàng)科技有限公司生產(chǎn)的甲烷測(cè)定儀抑一308等。國(guó)外比較出名的有:美

10、國(guó)esc公司生產(chǎn)的z一300甲烷檢測(cè)儀、英國(guó)ppm公司生產(chǎn)的ppm-400甲烷檢測(cè)儀。這些儀器可實(shí)現(xiàn)對(duì)有害氣體的檢測(cè)功能，適用于專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)或?qū)嶒?yàn)研究機(jī)構(gòu)。準(zhǔn)確測(cè)定甲烷、苯、氨等有害氣體的設(shè)備昂貴，測(cè)定時(shí)間較長(zhǎng)，每隔一段時(shí)間就需進(jìn)行重新標(biāo)定，需要專業(yè)人員進(jìn)行操作，很難連續(xù)測(cè)定。1.3方案總體設(shè)計(jì)1.3.1總體方案設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)集甲烷，苯，氨氣以及溫濕度監(jiān)測(cè)，顯示與報(bào)警于一體，利用mcu進(jìn)行數(shù)據(jù)采集保證了前臺(tái)數(shù)據(jù)的及時(shí)、準(zhǔn)確，有利于進(jìn)行全方位的評(píng)價(jià)。儀器采用鋰電池供電，具有良好的便攜性和通用性，并且使用lcd點(diǎn)陣式液晶屏顯示菜單，有良好的人機(jī)對(duì)話界面。圖1.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖第2章 室內(nèi)空氣品質(zhì)基本介紹

11、2.1室內(nèi)空氣品質(zhì)及認(rèn)識(shí)2.1.1室內(nèi)空氣研究的背景 關(guān)于室內(nèi)空氣品質(zhì)問題的起因，人們最初認(rèn)識(shí)到人體排出的二氧化碳、體臭是室內(nèi)空氣的污染物，并提出通過(guò)通風(fēng)來(lái)解決氣味問題。20世紀(jì)70年代由于世界范圍的節(jié)能，建筑物加強(qiáng)了氣密性，減少了新風(fēng)量。同時(shí)由于有機(jī)合成材料和新設(shè)備的廣泛使用，使得室內(nèi)空氣污染源大大增加。在19世紀(jì)70年代美國(guó)環(huán)境署對(duì)于選定性有機(jī)性揮發(fā)物做了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)由于室內(nèi)污染源導(dǎo)致的有毒有機(jī)性揮發(fā)物(vocs)對(duì)于人員的暴露影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于由于工業(yè)污染導(dǎo)致的室外空氣的影響。而哈佛大學(xué)6城市的調(diào)查更進(jìn)一步揭示了室內(nèi)空氣污染包括粒子、硫酸鹽和氮氧化物等對(duì)于人員暴露的影響。室內(nèi)空氣污染的嚴(yán)重性引發(fā)

12、了以下三種病癥：病態(tài)建筑綜合癥(sbs),與建筑有關(guān)的疾病(bri),多種化學(xué)污染物過(guò)敏癥(mcs)。 2.1.2室內(nèi)污染物種類及來(lái)源分析一、根據(jù)國(guó)內(nèi)外對(duì)室內(nèi)環(huán)境污染進(jìn)行的研究表明，室內(nèi)環(huán)境污染物的主要來(lái)源主要有以下四個(gè)方面：室外大氣和地質(zhì)環(huán)境的污染、室內(nèi)建筑裝修材料及家具釋放物的污染、烹調(diào)及燃燒產(chǎn)物的污染和人體的新陳代謝及各種生活廢棄物的揮發(fā)成分的污染。由于工程交付使用后，人的各種活動(dòng)和室外大氣環(huán)境的破壞導(dǎo)致的室內(nèi)環(huán)境污染不是工程建設(shè)階段所能控制的，因此在這里只談如何控制工程所處的地質(zhì)環(huán)境和工程所使用的建筑裝修材料等對(duì)民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境的污染。二、氡是從放射性元素鐳衰變而來(lái)的一種無(wú)色無(wú)味的

13、放射性惰性氣體，是自然界唯一的天然放射性氣體，存在于自然界各種各樣的礦石、巖石以及土壤中，常在開采和建筑施工時(shí)釋放出來(lái)，并能與空氣中的塵埃結(jié)合被人體吸入。人如果長(zhǎng)期生活在氡濃度過(guò)高的環(huán)境中，沉積在呼吸道上皮組織內(nèi)的氡會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生強(qiáng)烈的內(nèi)照射，導(dǎo)致肺癌等疾病的發(fā)生概率增加，危害人體健康。室內(nèi)空氣中的氡有80-90%來(lái)自地基土壤、巖石，特別是在地質(zhì)構(gòu)造斷裂層區(qū)域；其次是工程使用的建筑裝修材料釋放出的氡，尤其是摻工業(yè)廢渣的建材和天然花崗巖。三、甲醛是一種無(wú)色易溶的刺激性氣體，對(duì)人的視覺、嗅覺和呼吸器官有強(qiáng)烈的刺激，引發(fā)流淚、咳嗽、氣喘等癥狀，嚴(yán)重可導(dǎo)致人的肺功能、肝功能、免疫功能發(fā)生異常。2.2室內(nèi)

14、空氣品質(zhì)的監(jiān)測(cè)方法及改善空氣品質(zhì)的方法2.2.1室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)方法 (1)傳感器監(jiān)測(cè)方法選擇適當(dāng)類型的傳感器可直接讀取待測(cè)物的濃度。傳感器按原理分為:電阻型傳感器、電感型傳感器、電容型傳感器、dna生物傳感器、電化學(xué)傳感器。 (2)化學(xué)分析方法主要采用空氣取樣，通過(guò)一定的化學(xué)反應(yīng)方法，測(cè)定待測(cè)的污染物濃度。 (3)熱催化式測(cè)定法 一般采用鉑絲線圈或者在鉑絲線圈上加氧化鋁催化劑制成的載體催化元件作為燃燒熱量的傳感元件。這種元件對(duì)甲烷具有催化燃燒作用，鉑絲線圈既作為加熱器又作為電阻溫度計(jì)，通過(guò)電流加熱使元件表面達(dá)到一定工作溫度，這時(shí)接觸甲烷，便會(huì)發(fā)生無(wú)焰燃燒，致使鉑絲電阻值因溫度升高而增大，鉑絲

15、電阻的變化與甲烷濃度成正比，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)甲烷的檢測(cè)。2.2.2改善空氣品質(zhì)方法 1、要充分發(fā)揮抽油煙機(jī)的功能。無(wú)論是炒菜還是燒水，只要打開灶具，就應(yīng)把抽油煙機(jī)打開，同時(shí)關(guān)閉廚房門，把窗戶打開，這樣有利于空氣流通，消除污染物。2、馬桶沖水時(shí)放下蓋子，平時(shí)不用時(shí)盡量不要打開。3、水箱中最好使用固體緩釋消毒劑，并選用安全有效的空氣消毒產(chǎn)品來(lái)凈化空氣。4、此外，在打掃衛(wèi)生時(shí)，有條件的最好使用吸塵器，或者用拖把和濕抹布。如用掃帚，動(dòng)作要輕，不要把灰塵揚(yáng)起加重空氣污染。盡量不使用地毯、“雞毛撣子”。5、使用空調(diào)的家庭，最好能啟用一臺(tái)換氣機(jī)。其中換熱器效率較高者為佳，有的換熱效率可達(dá)70%左右，所排出的冷風(fēng)可

16、以有效地將從室外抽入的熱新風(fēng)冷卻，使室內(nèi)空氣保持新鮮。另一種有效的辦法是使用空氣凈化器。6、當(dāng)然，要保持居室空氣新鮮潔凈，最有效、最經(jīng)濟(jì)的辦法就是經(jīng)常通風(fēng)換氣。2.3試指標(biāo)的選定室內(nèi)空氣品質(zhì)測(cè)室內(nèi)污染物種類繁多，不可能逐一測(cè)量，研究的思路是用一個(gè)典型的污染物來(lái)代表一類污染物，這種污染物稱為評(píng)價(jià)指標(biāo)。此外，室內(nèi)空氣品質(zhì)是一個(gè)綜合性的指標(biāo)，要考慮多方面的因子，借鑒目前國(guó)內(nèi)外常用的iaq監(jiān)測(cè)指標(biāo)，本課題的監(jiān)測(cè)指標(biāo)訂為溫度，濕度，甲烷，苯，氨氣五個(gè)參量。各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)見表2.3：檢測(cè)指標(biāo)單位濃度備注溫度1828 平均相對(duì)濕度 100% 30%70%甲烷（hcho） mg/m3 0.08苯（c6h6） mg

17、/m3 0.09氨氣（nh3） mg/m3 0.2表2.1室內(nèi)空氣監(jiān)測(cè)指標(biāo)限度甲烷，苯和氨氣是室內(nèi)空氣中常見的三種毒氣： (1)甲烷(hcho)是一種無(wú)色易溶的刺激性氣體，沸點(diǎn)190c，易揮發(fā)，所以在室內(nèi)空氣品質(zhì)研究中，將其歸為voc，即揮發(fā)性有機(jī)化合(volatile organic ompounds)。0.5mg/m3可刺激眼睛引起流淚，0.6mg/m3時(shí)引起咽喉不適或疼痛;濃度再高可引起惡心、嘔吐、咳嗽、胸悶、氣喘甚至肺氣腫;當(dāng)空氣中達(dá)到30 mg/m3時(shí)可當(dāng)即導(dǎo)致死亡。(2)目前室內(nèi)裝飾中多用甲苯、二甲苯代替純苯作各種膠、油漆、涂料和防水材料的溶劑或稀釋劑。苯具有易揮發(fā)、易燃、蒸氣有爆

18、炸性的特點(diǎn)。人在短時(shí)間內(nèi)吸入高濃度甲苯、二甲苯時(shí)，可出現(xiàn)中樞神經(jīng)系統(tǒng)麻醉作用，輕者有頭暈、頭痛、惡心、意識(shí)模糊，嚴(yán)重者可致昏迷以致呼吸衰竭而死亡。第3章 室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀的硬件設(shè)計(jì)3.1基本原理本實(shí)驗(yàn)將使用cc2530讀取氣體傳感器對(duì)氣體的信息采集，基于at89s52的室內(nèi)便攜式智能空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀是以室內(nèi)空氣中有毒有害氣體的監(jiān)測(cè)監(jiān)控為背景，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)室內(nèi)溫度，濕度，甲烷，苯和氨的實(shí)時(shí)采集處理、顯示、報(bào)警等功能。儀器采用鋰電池供電，具有良好的便攜性和通用性，并且使用lcd點(diǎn)陣式液晶屏顯示菜單，有良好的人機(jī)對(duì)話界面。同時(shí)設(shè)計(jì)了聲光報(bào)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在參數(shù)超標(biāo)時(shí)及時(shí)的報(bào)警。室內(nèi)智能空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀體積小

19、，功耗低，操作簡(jiǎn)單，適合應(yīng)用于家庭和社區(qū)的醫(yī)療健康保健，能夠?qū)崟r(shí)知道室內(nèi)空氣的質(zhì)量。3.1.1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)及原理本文研究的室內(nèi)便攜式智能空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)儀是以atmel工公司的一款8位超低功耗單片機(jī)at89s52為控制核心，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3.1所示。室內(nèi)空氣中有害氣體甲烷、苯、氨分別通過(guò)傳感器組中的傳感器1、傳感器2、傳感器3輸出一個(gè)與甲烷、苯、氨濃度相對(duì)應(yīng)的電流信號(hào),該信號(hào)經(jīng)過(guò)放大濾波后通過(guò)多路轉(zhuǎn)換器分時(shí)間段進(jìn)行采樣保持,最后經(jīng)過(guò)a/d轉(zhuǎn)換電路按一定得采樣頻率將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)送入單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集以便進(jìn)行顯示處理，若被測(cè)室內(nèi)空氣中甲烷、苯、氨的濃度某種有超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)定的危險(xiǎn)值時(shí)報(bào)警電路

20、對(duì)應(yīng)的發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。圖3.1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖3.1.2 at89s52單片機(jī)簡(jiǎn)介 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，單片機(jī)因具有集成度高、體積小、速度快、價(jià)格低等特點(diǎn)而在許多領(lǐng)域如過(guò)程控制、數(shù)據(jù)采集、智能化儀表、家用電器以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等方面得到廣泛應(yīng)用，圖3.2 at89s52芯片圖3.2 at89s52單片機(jī)at89s52單片機(jī)有以下特點(diǎn)：兼容mcs51微控制器；8k字節(jié)flash存貯器支持在系統(tǒng)編程isp1000次擦寫周期；256字節(jié)片內(nèi)ram；工作電壓4.0v到5.5v；全靜態(tài)時(shí)鐘0hz到33mhz；三級(jí)程序加密；32個(gè)可編程i/o口；3個(gè)16位定時(shí)/計(jì)數(shù)器；8個(gè)中斷源；完全的雙工uart串行口；低功耗

21、支持idle和power-down模式；power-down模式支持中斷喚醒；看門狗定時(shí)器；雙數(shù)據(jù)指針；上電復(fù)位標(biāo)志。3.2傳感器的選用3.2.1氣體傳感器 1氣體傳感器基礎(chǔ)知識(shí) (1)半導(dǎo)體型氣體傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)半導(dǎo)體氣體傳感器具有成本低廉、制造簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、壽命長(zhǎng)、對(duì)濕度敏感低和電路簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。不足之處是必須在高溫下工作、對(duì)氣體或氣味的選擇性差、元件參數(shù)分散、穩(wěn)定性不理想、功率高等方面。(2)半導(dǎo)體傳感器需要加熱的原因半導(dǎo)體傳感器是利用一種金屬氧化物薄膜制成的阻抗器件，其電阻隨著氣體含量不同而變化。傳感器內(nèi)的加熱器可以加速氧化過(guò)程，這也是為什么有些低端傳感器總是不穩(wěn)定，其原因就

22、是沒有加熱或加熱電壓過(guò)低導(dǎo)致溫度太低反應(yīng)不充分。(3)固態(tài)電解質(zhì)氣體傳感器顧名思義，固態(tài)電解質(zhì)就是以固體離子導(dǎo)電為電解質(zhì)的化學(xué)電池。它介于半導(dǎo)體和電化學(xué)之間。選擇性，靈敏度高于半導(dǎo)體而壽命又長(zhǎng)于電化學(xué)，所以也得到了很多的應(yīng)用，不足之處就是響應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。(4)接觸燃燒式氣體傳感器接觸燃燒式氣體傳感器只能測(cè)量可燃?xì)怏w。又分為直接接觸燃燒式和催化接觸燃燒式，原理是氣敏材料在通電狀態(tài)下，可燃?xì)怏w在表面或者在催化劑作用下燃燒，由于燃燒使氣敏材料溫度升高從而電阻發(fā)生變化。(5)光學(xué)式氣體傳感器光學(xué)式氣體傳感器主要包括紅外吸收型、光譜吸收型、熒光型等等，主要以紅外吸收型為主。本系統(tǒng)選用電化學(xué)傳感器中的定電位

23、電解式氣體傳感器。2.定電位電解式氣體傳感器傳感器元件是準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)甲烷、苯、氨氣氣體濃度的關(guān)鍵。在有毒有害氣體監(jiān)測(cè)技術(shù)中,由于定電位電解傳感器具有準(zhǔn)確快速、簡(jiǎn)潔直觀的特點(diǎn),在國(guó)外得到比較普遍的應(yīng)用，運(yùn)用定電位電解傳感器進(jìn)行氣體監(jiān)測(cè)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)開始普及。定電位電解氣體傳感器通常是由浸沒在液體電解液中的三個(gè)電極構(gòu)成,其結(jié)構(gòu)圖如圖3.4所示。圖3.3定電位電解式氣體傳感器結(jié)構(gòu)圖定電位電解式傳感器是一種濕式電化學(xué)氣體傳感器,它通過(guò)測(cè)定氣體在某個(gè)確定電位電解時(shí)所產(chǎn)生的電流來(lái)測(cè)量氣體濃度。傳感器共有三個(gè)電極(對(duì)電極、參比電極、工作電極),浸在液體電解液中,整體密封在一個(gè)防化學(xué)腐蝕的塑料殼體中,目標(biāo)氣體通過(guò)工作

24、電極鄰近的一個(gè)氣體可滲透薄膜向傳感器內(nèi)部擴(kuò)散。傳感器在氧化反應(yīng)中,電化學(xué)反應(yīng)中參加反應(yīng)的電子流出工作電極;在還原反應(yīng)中,電化學(xué)反應(yīng)中參加反應(yīng)的電子流向工作電極。流出和流向工作電極的電流與被分析氣體的濃度值成正比。本課題選用德國(guó)drger公司生產(chǎn)的minipac系列定電位電解式傳感器，該系列傳感器被廣泛應(yīng)用于輕便型報(bào)警器和監(jiān)測(cè)器、移動(dòng)式的監(jiān)測(cè)儀、遠(yuǎn)程控制的監(jiān)測(cè)儀，單元與多元組合式智能化的監(jiān)測(cè)器、固定式與壁掛式監(jiān)測(cè)儀及精密型智能化的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等等。minipac系列定電位電解式氣體傳感器簡(jiǎn)單內(nèi)部原理如圖3.5所示，其典型接法如圖3.4所示。圖3.4定電位電解式氣體傳感器接口定電位電解傳感器的基本性能

25、,亦即傳感器的基本考核指標(biāo),它顯示了傳感器的質(zhì)量和性能,但其大多數(shù)性能指標(biāo)要與前置放大器經(jīng)過(guò)較好的匹配才能體現(xiàn)出來(lái)。在使用中要對(duì)傳感器進(jìn)行考核的基本指標(biāo)有如下幾種:輸出信號(hào)、電極電位、響應(yīng)時(shí)間、響應(yīng)線性度、測(cè)量重復(fù)性、抗干擾性、傳感器期待壽命等。3.3 cc2530介紹cc2530 是基于2.4-ghz ieee802.15.4、zigbee 和rf4ce 上的一個(gè)片上系統(tǒng)解決方案。其特點(diǎn)是以極低的總材料成本建立較為強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。cc2530 芯片結(jié)合了rf 收發(fā)器，增強(qiáng)型8051 cpu，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-kb ram 和許多其他模塊的強(qiáng)大的功能。如今cc2530 主要有四種不同的閃存

26、版本：cc2530f32/64/128/256，分別具有32/64/128/256kb 的閃存。其具有多種運(yùn)行模式，使得它能滿足超低功耗系統(tǒng)的要求。同時(shí)cc2530運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間很短，使其進(jìn)一步降低能源消耗。 cc2530包括了1個(gè)高性能的2.4 ghz dsss（直接序列擴(kuò)頻）射頻收發(fā)器核心和1個(gè)8051控制器，它具有32/64/128 kb可選擇的編程閃存和8 kb的ram，還包括adc、定時(shí)器、睡眠模式定時(shí)器、上電復(fù)位電路、掉電檢測(cè)電路和21個(gè)可編程i/o引腳，cc2530是一款功耗相當(dāng)?shù)偷膯纹瑱C(jī)，功耗模式3下電流消耗僅0.2a，在32 k晶體時(shí)鐘下運(yùn)行，電流消耗小于1a。cc2

27、530的存儲(chǔ)器st-m25pe16是4線的spi通信模式的flash，可以整塊擦除，最大可以存儲(chǔ)2m個(gè)字節(jié)。工作電壓為2.7v到3.6v。cc2530溫度傳感器模塊反向f型天線采用ti公司公布的2.4ghz倒f型天線設(shè)計(jì)。天線的最大增益為3.3db，天線面積為25.77.5mm。該天線完全能夠滿足cc2530工作頻段的要求（cc2530工作頻段為2.400ghz2.480ghz）。 圖3.5 cc2530芯片引腳cc2530芯片引腳功能avdd1 28 電源（模擬） 2-v3.6-v 模擬電源連接avdd2 27 電源（模擬） 2-v3.6-v 模擬電源連接avdd3 24 電源（模擬） 2-

28、v3.6-v 模擬電源連接avdd4 29 電源（模擬） 2-v3.6-v 模擬電源連接avdd5 21 電源（模擬） 2-v3.6-v 模擬電源連接avdd6 31 電源（模擬） 2-v3.6-v 模擬電源連接dcoupl 40 電源（數(shù)字） 1.8v 數(shù)字電源去耦。不使用外部電路供應(yīng)。dvdd1 39 電源（數(shù)字） 2-v3.6-v 數(shù)字電源連接dvdd2 10 電源（數(shù)字） 2-v3.6-v 數(shù)字電源連接gnd 1，2，3，4 未使用的連接到gndp0_0 19 數(shù)字i/o 端口0.0p0_1 18 數(shù)字i/o 端口0.1p0_2 17 數(shù)字i/o 端口0.2p0_3 16 數(shù)字i/o

29、端口0.3p0_4 15 數(shù)字i/o 端口0.4p0_5 14 數(shù)字i/o 端口0.5p0_6 13 數(shù)字i/o 端口0.6p0_7 12 數(shù)字i/o 端口0.7p1_0 11 數(shù)字i/o 端口1.0-20-ma 驅(qū)動(dòng)能力p1_1 9 數(shù)字i/o 端口1.1-20-ma 驅(qū)動(dòng)能力p1_2 8 數(shù)字i/o 端口1.2p1_3 7 數(shù)字i/o 端口1.3p1_4 6 數(shù)字i/o 端口1.4p1_5 5 數(shù)字i/o 端口1.5p1_6 38 數(shù)字i/o 端口1.6p1_7 37 數(shù)字i/o 端口1.7p2_0 36 數(shù)字i/o 端口2.0p2_1 35 數(shù)字i/o 端口2.1p2_2 34 數(shù)字i/

30、o 端口2.2p2_3 33 數(shù)字i/o 模擬端口2.3/32.768 khz xoscp2_4 32 數(shù)字i/o 模擬端口2.4/32.768 khz xoscreset_n 20 數(shù)字輸入 復(fù)位，活動(dòng)到低電平rf_n 26 rf i/o rx 期間負(fù)rf 輸入信號(hào)到lnarf_p 25 rf i/o rx 期間正rf 輸入信號(hào)到lnaxosc_q1 22 模擬i/o 32-mhz 晶振引腳1或外部時(shí)鐘輸入xosc_q2 23 模擬i/o 32-mhz 晶振引腳2第4章 室內(nèi)空氣品質(zhì)監(jiān)測(cè)演示的軟件設(shè)計(jì)4.1軟件功能需求圖4.1 室內(nèi)空氣品質(zhì)檢測(cè)儀功能需求框圖室內(nèi)空氣品質(zhì)檢測(cè)儀功能需求框圖如圖

31、6.1所示，系統(tǒng)軟件主要由溫濕傳感器采集模塊、ad轉(zhuǎn)換模塊、人機(jī)接口模塊、聲光報(bào)警模塊、核心控制器模塊、無(wú)線通訊模塊等模塊構(gòu)成。4.2軟件模塊設(shè)計(jì)4.2.1主程序模塊 主程序運(yùn)行流程圖如圖4.2所示。由主程序流程圖可以看出，軟件要實(shí)現(xiàn)的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算、分析、送液晶進(jìn)行顯示。程序開始時(shí)，先關(guān)閉中斷，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，包括單片機(jī)的各寄存器、ram、定時(shí)器裝載初值、中斷設(shè)置及各模塊初始化等。完成初始化后，液晶顯示各個(gè)參數(shù)為零，cpu等待傳感器傳入信號(hào)及ad轉(zhuǎn)換結(jié)束，從而完成當(dāng)前監(jiān)測(cè)參數(shù)的正確顯示。圖4.2主程序流程圖4.3 zigbee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)zigbee

32、協(xié)議棧定義了四層，分別是物理層、媒體訪問控制層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層。物理層和媒體訪問控制層由ieee802.15.4-2003定義，上層的網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層由zigbee聯(lián)盟定義。應(yīng)用層分別包括zdo（zigbee設(shè)備對(duì)象），aps（應(yīng)用支持子層）和af（應(yīng)用框架）組成。zigbee協(xié)議棧每一層負(fù)責(zé)完成所規(guī)定的任務(wù)，并且向上層提供服務(wù)，各層之間的接口通過(guò)所定義的邏輯鏈路來(lái)提供服務(wù)。 zigbee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)如圖4.3 zigbee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖所示。圖4.3 zigbee協(xié)議棧結(jié)構(gòu)圖第5章 串口通信程序設(shè)計(jì)流程 5.1總體程序設(shè)計(jì)流程圖結(jié)束開始系統(tǒng)時(shí)鐘初始化串口初始化串口發(fā)送數(shù)據(jù)將收到的數(shù)據(jù)通過(guò)串口發(fā)送串

33、口是否收到數(shù)據(jù)noyes 圖5.1 串口通信程序設(shè)計(jì)流程圖5.2串口設(shè)置在linux 系統(tǒng)中,設(shè)備都是以文件的形式表示的,串口參數(shù)一般包括波特率、起始位數(shù)量、停止位數(shù)量等。下面對(duì)這些串口參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。（1）起始位通信線路上沒有數(shù)據(jù)被傳送時(shí)，處于邏輯“1”狀態(tài)。當(dāng)發(fā)送字符數(shù)數(shù)據(jù)是首先發(fā)送一個(gè)邏輯“0”信號(hào)，這個(gè)邏輯低電平就是起始位。起始位通過(guò)通信線路傳輸?shù)浇邮斩?，接收端檢測(cè)到這個(gè)低電平之后，就開始準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)位信號(hào)。起始位所起的作用就是使通信雙方同步。（2）數(shù)據(jù)位當(dāng)接收端收到起始位后，開始接收數(shù)據(jù)位。數(shù)據(jù)位的個(gè)數(shù)可以是58位。在數(shù)據(jù)傳送過(guò)程中，數(shù)據(jù)位從最低有效位開始傳送，接收端收到數(shù)據(jù)后，依

34、次將其轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)。（3）奇偶校驗(yàn)位數(shù)據(jù)位發(fā)送完后，為了保證數(shù)據(jù)的可靠性，還要傳送一個(gè)奇偶校驗(yàn)位。奇偶校驗(yàn)用于差錯(cuò)檢測(cè)。如果選擇偶檢驗(yàn)，則數(shù)據(jù)位和奇偶位的邏輯“1”的個(gè)數(shù)必須為偶數(shù)，相反，如果是奇檢驗(yàn)，則數(shù)據(jù)位和奇偶位的邏輯“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。（4）停止位在奇偶位或數(shù)據(jù)位（當(dāng)無(wú)奇偶校驗(yàn)時(shí)）之后發(fā)送停止位。停止位表示一個(gè)數(shù)據(jù)的結(jié)束。它可以是12位的低電平。接收端收到停止位后，通信線路便恢復(fù)邏輯“1”的狀態(tài)，直到下一個(gè)數(shù)據(jù)的起始位到來(lái)。（5）波特率通信線路上傳輸?shù)奈唬ùa元）信號(hào)都必須保持一致的信號(hào)持續(xù)時(shí)間，單位時(shí)間內(nèi)傳送碼元的數(shù)目稱為波特率。對(duì)大多數(shù)嵌入式設(shè)備來(lái)說(shuō)，其波特率都設(shè)置為115200。

35、訪問串行口通過(guò)對(duì)設(shè)備文件的訪問來(lái)實(shí)現(xiàn)，僅需打開相應(yīng)的設(shè)備文件。串口的設(shè)置主要是設(shè)置struct termios 結(jié)構(gòu)體中的各成員值。#includestruct termiounsigned short c_iflag; /*輸入模式標(biāo)志*/unsigned short c_oflag; /*輸出模式標(biāo)志*/unsigned short c_cflag; /*控制模式標(biāo)志*/unsigned short c_lflag; /*本地模式標(biāo)志*/unsigned char c_line; /*線路規(guī)范*/unsigned char c_ccncc; /*控制特征值*/波特率設(shè)置:struct te

36、rmios option;tcgetattr(fd,&option);cfsetispeed(&option,b115200);/*設(shè)置為115200bps*/cfsetospeed(&option,b115200);tcsetattr(fd,tcanow,&option);檢驗(yàn)位設(shè)置:無(wú)校驗(yàn) 8 位:options.c_cflag &=parenboptions.c_cflag &=cstopb;奇效驗(yàn)(odd)7 位:options.c_cflag=parenb;options.c_cflag &=parodd;options.c_cflag=cs7;偶校驗(yàn)(even)7 位:option

37、s.c_cflag &= parenb;options.c_cflag &=cstopb;options.c_cflag &=&csize;options.c_cflag=cs8;停止位設(shè)置:1位: options.c_cflag &=cstopb;2位: options.c_cflag=cstopb;模式設(shè)置:需要注意的是,如果不是開發(fā)終端之類的,只是串口傳輸數(shù)據(jù),而不需要串口來(lái)處理,那么使用原始模式(raw mode)方式來(lái)通訊。options.c_lflag &=(icanonechoechoeisig);/*input*/options.c_oflag &=opost;/*output

38、*/參考文獻(xiàn)1 孫利民 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò). 清華大學(xué)出版社 . 2005.2 張拓.無(wú)線多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì).武漢：武漢理工大學(xué)，2009.3 陳旭.基于zigbee的可移動(dòng)溫度采集系統(tǒng).武漢：武漢科技大學(xué)，20093 雷純 基于zigbee 的多點(diǎn)溫度采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用.2010，29（2）4347.5 王翠茹 基于zigbee技術(shù)的溫度采集傳輸系統(tǒng). 儀表技術(shù)與傳感器.2008.no.7.103105.6 景軍鋒基于zigbee 技術(shù)的無(wú)線溫度采集系統(tǒng).微型機(jī)與應(yīng)用.2009.no.23.3335.7 zigbee協(xié)議棧中文說(shuō)明.8 iar使用指南. 周立功單片機(jī)有限公司

39、 .9 zigbee技術(shù)實(shí)用手冊(cè).西安達(dá)泰電子.10 iar 安裝與使用.成都無(wú)線龍通訊科技有限公司. 致 謝 這次課程設(shè)計(jì)，給我留下了很深的印象。雖然只是短暫的兩周，但在這期間，卻讓我受益匪淺。 通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)有了全面的認(rèn)識(shí)，對(duì)課本的知識(shí)又有了深刻的理解，在之前物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的學(xué)習(xí)以及完成課后的作業(yè)的過(guò)程中，對(duì)其有了一些基礎(chǔ)的了解和認(rèn)識(shí)。本次經(jīng)過(guò)兩周的課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)有了更深的理解，我把課上的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中去，讓我更近一步地鞏固了課堂上所學(xué)的理論知識(shí)，并能很好地理解與掌握物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)中的基本概念、基本原理、基本分析方法。 總的來(lái)說(shuō)，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)

40、使我了解了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)步驟等方面有了了解。提高了分析和實(shí)踐能力。同時(shí)我相信，進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)的學(xué)習(xí)與研究對(duì)我今后的學(xué)習(xí)將會(huì)起到很大的幫助！在此要特別感謝我的指導(dǎo)老師的指導(dǎo)與督促，同時(shí)感謝他的諒解與包容。求學(xué)歷程是艱苦的，但又是快樂的。 附 錄void main() init52(); init8255(); lcd_init();/ 初始化lcd initad(); predisplay();while(1) tmeasure(); hmeasure(); keyscan(); / *initial 8255 */ void init8255(void) add82

41、55=0x8b;/paoutput pb pc:input 10001011 pa8255=0x15;/00010101 p13=0; delay(10);/*initial at89s52*/ void init52(void) ea=1;/ open interrupt ex0=1;/ allow interrupt ext0 it0=1; ip=0x01; void initad() p10=0; st=0; st=1; _nop_(); st=0;/ *lcd dispaly*/ /*lcd初始化子程序*/void lcd_init()lcd_wcmd(0x38);delay(1);lcd_wcmd(0x0c);delay(1);lcd_wcmd(0x06);delay(1);lcd_wcmd(0x01);delay(1);/*lcd延時(shí)子程序*/void delay(uint time) int i,j; for(i=0;itime;i+) for(j=0;j255;j+);/*測(cè)試lcd忙碌狀態(tài)*/bit lcd_bz()bit result;rs = 0;rw = 1;ep = 1;_nop_();_nop_();r