基于WSN的氯气环境多参数监测系统设计

摘要

随着我国化学工业的快速发展，有毒有害气体在化工生产中的应用越来越普遍，而针对有毒有害气体监测的信息化水平也在不断提高。
　　本人结合实际生产需要，研究了基于无线传感器网络构建氯气安全监测系统所面临的关键问题，设计了基于WSN的氯气环境多参数监测系统。
　　本文以SimpliciTI小型自组织网络为无线通信核心架构，硬件上以MSP430F149超低功耗处理器和CC1101射频芯片为开发平台构建整个监测系统。针对氯气发生安全问题时泄漏程度的未知性，研究了不同危险程度下的监测方案，分别设计了用于低浓度检测的电化学传感器和用于高浓度检测的半导体检测传感器的变送电路，与通信模块、电量管理模块、处理器模块、显示及报警模块共同构成传感器节点设备。并通过软件方式完成了对温湿度模块采集到的信息的温度补偿。在IAR环境下开发底层驱动程序，完成了星状网络拓扑结构设计。利用同步休眠机制优化了通信协议，完成系统的低功耗设计，在CVI平台上开发友好交互的人机界面。对设计完成的样品开展性能指标测试以及高低温、高低湿、振动跌落等环境实验。
　　整个平台以无线传感器网络和低功耗设计为核心，模块化设计增强了系统的灵活性、可维护性、可扩展性和可移植性。系统达到了设计要求，满足了应用需求。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 无线传感器网络发展现状及特点

1．2．1 WSN简介

1．2．2 无线传感器网络的国内外发展现状

1．2．3 无线传感器网络主要特点

1．3 氯气环境监测现状分析

1．4 本文主要研究内容

第2章 系统总体设计及实现

2．1 系统设计要求及功能

2．2 系统硬件设计方案

2．2．1 布局结构

2．2．2 传感器节点设计

2．2．3 中心接入点设计

2．3 系统组网设计方案

2．3．1 SimpliciTI协议

2．3．2 SimpliciTI协议的帧结构

2．3．3 SimpliciTI应用程序接口

2．4 本章小结

第3章 系统硬件设计

3．1 传感器模块设计

3．1．1 半导体型氯气传感器模块选型

3．1．2 电化学型氯气传感器模块设计

3．1．3 高低浓度传感器模块切换电路

3．1．4 温湿度传感器模块选择及接口电路

3．2 无线通信模块设计

3．2．1 微处理器芯片选型

3．2．2 无线收发芯片的选型

3．2．3 CC1101与MSP430F149接口电路

3．3 电量管理模块设计

3．3．1 充放电及电源选择电路

3．3．2 系统模块供电设计

3．3．3 电池电量监测电路

3．4 其他接口电路设计

3．4．1 显示电路

3．4．2 复位及报警电路

3．4．3 串行通信接口电路设计

3．5 本章小结

第4章 系统软件设计

4．1 软件结构概述

4．2 无线通信协议实现及其优化设计

4．2．1 小型自组织网络协议

4．2．2 协议的优化设计

4．3 传感器节点设计

4．3．1 浓度及温湿度采集子程序设计

4．3．2 液晶显示及报警子程序设计

4．4 中心接入点设计

4．4．1 AP整体软件设计

4．4．2 串行通信协议设计

4．5 上位机监控界面设计

4．6 本章小结

第5章 系统功能测试

5．1 节点的技术参数标定及测试

5．1．1 温度补偿

5．1．2 技术指标测试及分析

5．1．3 环境指标测试

5．2 系统整体测试分析

5．3 系统耗电分析

5．4 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢