中國礦業(yè)大學大學生創(chuàng)新項目結題.ppt

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指導教師 徐秀 基于大氣PM2 5測量的無線傳感網(wǎng)絡技術 班級 網(wǎng)絡12 1班學生 鄒宇馳學號 08123537小組成員 成煒琳黨樸一苗清亮 中國礦業(yè)大學大學生科研項目結題答辯 第一部分項目研究意義第二部分項目研究內容與方案第三部分項目特色第四部分項目執(zhí)行情況第五部分項目取得成果第六部分項目研究詳細方案第七部分項目經(jīng)費使用情況第八部分項目總結 意義環(huán)境監(jiān)測是無線傳感器網(wǎng)絡的一個重要應用領域 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)測地點長時間進行人工監(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)絡由一組傳感器網(wǎng)絡節(jié)點組成 通過多跳自組織的方式構成無線通信網(wǎng)絡系統(tǒng) 無線傳感技術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 并傳達給用戶 這種易用性 可靠性 抗干擾性 低功耗 低成本 互操作性 安全性等特點 使監(jiān)測活動展開速度快 抗破壞性強 監(jiān)測精度高 監(jiān)測覆蓋范圍大 智能無線傳感器網(wǎng)絡的環(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)域實時監(jiān)測及相關設備的有效控制具有重要意義 通過此次項目使學生們了解到如何運用所學知識 如網(wǎng)絡技術 計算機應用技術 通信技術結合環(huán)境監(jiān)測 掌握交叉學科運用理論與方法 提交研究報告中詳細說明應用方法及進行PM2 5空氣監(jiān)測中的網(wǎng)絡應用 提交數(shù)據(jù)分析及模擬實驗結果 使同學們能夠運用交叉科學解決實際問題 提高獨立思維 運用科學技術解決現(xiàn)實問題的能力 一 研究項目的意義 二 項目研究內容與方案 節(jié)點軟件設計建立在Zigbee協(xié)議棧開發(fā)平臺之上 節(jié)點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)點數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽?節(jié)點具備環(huán)境數(shù)據(jù)的采集 數(shù)據(jù)存儲和發(fā)送 網(wǎng)絡信息的獲取和上傳 節(jié)點的管理 軟件設計實現(xiàn)節(jié)點的這些功能 并通過測試完善了這些功能模塊 三 項目特色 1 無線傳感器節(jié)點體積小 對監(jiān)測的環(huán)境產(chǎn)生的破壞性小 2 節(jié)點一次部署即可對環(huán)境進行長期的監(jiān)測和無人的情況下進行監(jiān)測 無須人類反復的進入監(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)絡的支持 具有快速展開 抗毀性強等顯著特點 克服了過去在環(huán)境監(jiān)測中存在著布線困難 成本高以及維護困難等問題 5 由大量節(jié)點通過無線通信技術組成的自組織 多跳的移動性特性 可以在PM2 5監(jiān)測系統(tǒng)中部署隨機性 自組織 低功耗的傳感網(wǎng)絡 這種交叉學科的應用 使創(chuàng)新與訓練研究更有實效 四 項目執(zhí)行情況 第一階段 2014年3月至2014年5月2014年03月 2014年04月 收集理論及技術資料 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)絡應用現(xiàn)狀 2014年04月 2014年05月 環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)狀調研與分析 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 2014年05月 通過文獻查詢 方案的設計 總結第一階段的學習與研究工作 四 項目執(zhí)行情況 第二階段 2014年6月至2014年10月2014年06月 2014年08月 開展項目實驗 對實驗數(shù)據(jù)進行綜合分析 研究無線傳感器網(wǎng)絡技術的應用 進行無線傳感器網(wǎng)絡的相關協(xié)議研究與分析 2014年08月 2014年10月 無線傳感器網(wǎng)絡技術進行空氣質量監(jiān)測系統(tǒng)框架設計研究 2014年10月 通過理論學習與協(xié)議分析的研究 總結第二階段學習及實施內容 總結研究報告 四 項目執(zhí)行情況 第三階段 2014年10月至2014年11月2014年10月 2014年11月 總結前兩個階段學習及實施 總結研究報告 撰寫論文 進行數(shù)據(jù)分析 驗證設計方案的可行性 整理數(shù)據(jù)與研究報告 提交論文 結題驗收 五 項目取得成果 終端節(jié)點采集并在12864上顯示 五 項目取得成果 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PM2 5值在60左右波動 六 項目研究詳細方案 考慮到項目成本問題 以及時間關系 我們小組經(jīng)過慎重考慮決定選擇點播作為我們的通訊方式 點播描述的就是網(wǎng)絡中2個節(jié)點相互通信的過程 確定通信對象的就是節(jié)點的16bit短地址 六 項目研究詳細方案 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 終端處理器調用A D轉換模塊 生成可在信道中傳輸?shù)臄?shù)字信號 采集結束 六 項目研究詳細方案 2 協(xié)議棧實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送終端設備調用協(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)進行調用以及稍微改動 就可以實現(xiàn)發(fā)送能力 足以證明協(xié)議棧的強大之處 將采集信號存儲在發(fā)送緩沖區(qū)中 調用ZigBee發(fā)送函數(shù) 確定傳輸波特率 以及數(shù)據(jù)位數(shù) 確定對應的協(xié)調器地址 啟動發(fā)送 六 項目研究詳細方案 3 協(xié)議棧實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收協(xié)調器與PC通過串口相連 當協(xié)調器調用接收函數(shù)時 檢測到有信號向其傳輸 將其存儲 并調用UART函數(shù)與PC串口進行通信 在PC串口小助手上顯示傳輸?shù)臄?shù)據(jù) 或者在協(xié)調器上裝置一個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)的內容 進行幀格式檢驗 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)調器上顯示 統(tǒng)計數(shù)據(jù)繪制表格 七 項目經(jīng)費使用情況 1 資料購置費 測試費 軟件 小型硬件及小型實驗設備購置費等 976元 2 購買資料 印刷的費用等 358元 共計 1334元 八 項目總結 至此 利用Zigbee協(xié)議棧進行傳感器網(wǎng)絡的搭建以及數(shù)據(jù)實時傳輸以及完成 在本次項目的開展進行中 我們小組進行了合理的分工協(xié)作 每個人的職責不完全相同 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的心進行項目的開展 八 項目總結 項目進行過程中我們也遇到一些困難 比如在改協(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)查資料或者購買相關的書籍進行翻閱 了解 或者相應的知識以后 才進行合理的改動 最終也成功得到想要的結果 八 項目總結 當然這里 還要感謝我們的指導教師徐秀 沒有她的幫助和指導 項目進行方向很難被確定 前行的步伐也會被阻礙 我相信 本次項目已經(jīng)結束 但不會妨礙我們隊Zigbee技術的深入了解和開發(fā) 相信我們一定會在這個方面越做越好 致謝 請各位老師批評指正 謝謝