中國礦業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新項目結(jié)題

指導(dǎo)教師：徐秀基于大氣PM2.5測量的無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)班級：網(wǎng)絡(luò)12-1班學(xué)生：鄒宇馳學(xué)號：08123537

小組成員：成煒琳黨樸一苗清亮.中國礦業(yè)大學(xué)大學(xué)生科研工程結(jié)題辯論第一局部工程研究意義第二局部工程研究內(nèi)容與方案第三局部工程特色第四局部工程執(zhí)行情況第五局部工程取得成果第六局部工程研究詳細(xì)方案第七局部工程經(jīng)費(fèi)使用情況第八局部工程總結(jié).意義環(huán)境監(jiān)測是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測方法需工作人員攜帶大量監(jiān)測儀器趕赴監(jiān)測地點(diǎn)長時間進(jìn)行人工監(jiān)測，使得傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測面臨很多如監(jiān)測效率低、人力與財力消耗大等諸多問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由一組傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成，通過多跳自組織的方式構(gòu)成無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，無線傳感技術(shù)能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并傳達(dá)給用戶。這種易用性、可靠性、抗干擾性、低功耗、低本錢、互操作性、平安性等特點(diǎn)，使監(jiān)測活動展開速度快、抗破壞性強(qiáng)、監(jiān)測精度高、監(jiān)測覆蓋范圍大。智能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境監(jiān)測改變了人類與自然交互的方式，提高了監(jiān)測現(xiàn)場信息的可靠性和及時性，這對實現(xiàn)對大面積區(qū)域?qū)崟r監(jiān)測及相關(guān)設(shè)備的有效控制具有重要意義。通過此次工程使學(xué)生們了解到如何運(yùn)用所學(xué)知識，如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、通信技術(shù)結(jié)合環(huán)境監(jiān)測，掌握交叉學(xué)科運(yùn)用理論與方法，提交研究報告中詳細(xì)說明應(yīng)用方法及進(jìn)行PM2.5空氣監(jiān)測中的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，提交數(shù)據(jù)分析及模擬實驗結(jié)果；使同學(xué)們能夠運(yùn)用交叉科學(xué)解決實際問題，提高獨(dú)立思維、運(yùn)用科學(xué)技術(shù)解決現(xiàn)實問題的能力一、研究工程的意義.二、工程研究內(nèi)容與方案節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計建立在Zigbee協(xié)議棧開發(fā)平臺之上，節(jié)點(diǎn)通信涉及串口通信協(xié)議和無線通信協(xié)議，通信協(xié)議制定保證節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠桨部煽?。?jié)點(diǎn)具備環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)存儲和發(fā)送、網(wǎng)絡(luò)信息的獲取和上傳、節(jié)點(diǎn)的管理，軟件設(shè)計實現(xiàn)節(jié)點(diǎn)的這些功能，并通過測試完善了這些功能模塊。

.三、工程特色1、無線傳感器節(jié)點(diǎn)體積小，對監(jiān)測的環(huán)境產(chǎn)生的破壞性小。2、節(jié)點(diǎn)一次部署即可對環(huán)境進(jìn)行長期的監(jiān)測和無人的情況下進(jìn)行監(jiān)測，無須人類反復(fù)的進(jìn)入監(jiān)測區(qū)域，節(jié)省了大量的資源。3、無線傳感器節(jié)點(diǎn)具有簡單的數(shù)據(jù)處理能力，并且數(shù)量比較多，便于監(jiān)測人員進(jìn)行不間斷全面的高精度數(shù)據(jù)采集。4、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠提供連續(xù)、實時、動態(tài)的各種數(shù)據(jù)，不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，具有快速展開，抗毀性強(qiáng)等顯著特點(diǎn);克服了過去在環(huán)境監(jiān)測中存在著布線困難、本錢高以及維護(hù)困難等問題。5、由大量節(jié)點(diǎn)通過無線通信技術(shù)組成的自組織、多跳的移動性特性，可以在PM2.5監(jiān)測系統(tǒng)中部署隨機(jī)性、自組織、低功耗的傳感網(wǎng)絡(luò)，這種交叉學(xué)科的應(yīng)用，使創(chuàng)新與訓(xùn)練研究更有實效。.四、工程執(zhí)行情況第一階段：2021年3月至2021年5月2021年03月－2021年04月：收集理論及技術(shù)資料，制定課題研究方案；深入了解環(huán)境監(jiān)測PM2.5的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用現(xiàn)狀。2021年04月－2021年05月：環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)狀調(diào)研與分析；根據(jù)目前大氣環(huán)境PM2.5空氣污染實際情況的分析情況，制定試驗方案。2021年05月：通過文獻(xiàn)查詢、方案的設(shè)計，總結(jié)第一階段的學(xué)習(xí)與研究工作。.四、工程執(zhí)行情況第二階段：2021年6月至2021年10月2021年06月－2021年08月：開展工程實驗，對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析、研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用；進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)協(xié)議研究與分析；2021年08月－2021年10月：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)框架設(shè)計研究；2021年10月：通過理論學(xué)習(xí)與協(xié)議分析的研究，總結(jié)第二階段學(xué)習(xí)及實施內(nèi)容，總結(jié)研究報告。.四、工程執(zhí)行情況第三階段：2021年10月至2021年11月2021年10月－2021年11月：總結(jié)前兩個階段學(xué)習(xí)及實施，總結(jié)研究報告，撰寫論文。進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，驗證設(shè)計方案的可行性；整理數(shù)據(jù)與研究報告，提交論文，結(jié)題驗收。.五、工程取得成果

終端節(jié)點(diǎn)采集并在12864上顯示.五、工程取得成果10.3號采集宿舍樓附件的PM2.5值根據(jù)以上2采集數(shù)據(jù)圖發(fā)現(xiàn)，礦大南湖校區(qū)內(nèi)PM2.5值在60左右波動.六、工程研究詳細(xì)方案考慮到工程本錢問題，以及時間關(guān)系，我們小組經(jīng)過慎重考慮決定選擇點(diǎn)播作為我們的通訊方式。點(diǎn)播描述的就是網(wǎng)絡(luò)中2個節(jié)點(diǎn)相互通信的過程。確定通信對象的就是節(jié)點(diǎn)的16bit短地址。.六、工程研究詳細(xì)方案1、協(xié)議棧實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集開始傳感器采集PM2.5模擬信號終端處理器調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換模塊生成可在信道中傳輸?shù)臄?shù)字信號采集結(jié)束.六、工程研究詳細(xì)方案2、協(xié)議棧實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送

終端設(shè)備調(diào)用協(xié)議棧的無線數(shù)據(jù)發(fā)送API函數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。整個過程只要對API函數(shù)進(jìn)行調(diào)用以及稍微改動，就可以實現(xiàn)發(fā)送能力，足以證明協(xié)議棧的強(qiáng)大之處。

將采集信號存儲在發(fā)送緩沖區(qū)中調(diào)用ZigBee發(fā)送函數(shù)確定傳輸波特率，以及數(shù)據(jù)位數(shù)確定對應(yīng)的協(xié)調(diào)器地址啟動發(fā)送.六、工程研究詳細(xì)方案3、協(xié)議棧實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收協(xié)調(diào)器與PC通過串口相連，當(dāng)協(xié)調(diào)器調(diào)用接收函數(shù)時，檢測到有信號向其傳輸，將其存儲，并調(diào)用UART函數(shù)與PC串口進(jìn)行通信，在PC串口小助手上顯示傳輸?shù)臄?shù)據(jù)?；蛘咴趨f(xié)調(diào)器上裝置一個12864模塊，用于直接方便的顯示數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集檢測輸入緩沖區(qū)的內(nèi)容進(jìn)行幀格式檢驗讀取傳輸數(shù)據(jù)利用串口助手在PC上顯示或者利用12864在協(xié)調(diào)器上顯示統(tǒng)計數(shù)據(jù)繪制表格.七、工程經(jīng)費(fèi)使用情況1.資料購置費(fèi)，測試費(fèi)，軟件、小型硬件及小型實驗設(shè)備購置費(fèi)等：976元；2.購置資料，印刷的費(fèi)用等：358元；共計：1334元.八、工程總結(jié)至此，利用Zigbee協(xié)議棧進(jìn)行傳感器網(wǎng)絡(luò)的搭建以及數(shù)據(jù)實時傳輸以及完成，在本次工程的開展進(jìn)行中，我們小組進(jìn)行了合理的分工協(xié)作，每個人的職責(zé)不完全相同，遇到困難大家一起幫助解決，沒有出現(xiàn)拖工或者不和諧的音符，個人都懷著一顆好學(xué)的心進(jìn)行工程的開展。.八、工程總結(jié)工程進(jìn)行過程中我們也遇到一些困難，比方在改協(xié)議棧函數(shù)的時候，因為好多函數(shù)都是TI官方自帶的，我們不太了解函數(shù)的作用和功能，所以我們還需要自己上網(wǎng)查資料或者購置相關(guān)的書籍進(jìn)行翻閱，了解，或者相應(yīng)的知識以后，才進(jìn)行合理的改動，最終也成功得到想要的結(jié)果。.八、工程總結(jié)當(dāng)然這里，還要感謝我們的指導(dǎo)教師徐秀，沒有她的幫助和