短距无线网技术的室外温湿度监测设计

摘要

本文是短距无线网技术的室外温湿度监测设计，针对有线温湿度监测系统在室外使用过程中存在着不易布线，尤其在山地、丛林、山区等地形地貌比较复杂的区域更是难于布线的问题，提出了一种以短距无线网技术为主，远程无线通信技术为辅的室外温湿度监测方案，并依据该方案设计了一个室外温湿度监测系统。该系统利用短距无线网收集区域内各个测试点的温湿度数据，然后对这些数据实行集中监测。监测方式有两种，一种是利用现场测试设备进行监测，一种是利用计算机进行远程监测，其中，远程监测采用的是GPRS技术，通过SIM900A模块实现GPRS通信。所设计的室外温湿度监测系统由三个独立的设备构成，分别是温湿度采集终端、数据协调器、计算机组成，其中温湿度采集终端是系统的采集设备，数据协调器是系统的控制和现场监测设备，计算机是系统的远程监测设备。
　　论文采用的方法主要有以下几个方面:(1)为减小外界干扰以及模数转换过程中存在的误差，温湿度采集终端采用复合滤波算法作为主要的滤波算法;(2)从满足组建近距无线网的性能要求、功耗、成本等方面考虑，采用低功耗射频通信技术作为系统短距无线网技术的方案;(3)通过对平面路由算法和分层路由算法的分析，然后结合系统短距无线网的特点，采用分层路由算法作为系统的无线路由算法;(4)从满足远程无线通信的性能要求、功耗、成本等方面考虑，采用GPRS通信技术作为系统远程无线通信技术的方案。
　　论文的研究工作主要有以下几个方面:第一，通过查阅大量相关文献，对温湿度监测系统发展现状进行了分析，重点对短距离和远距离无线传输进行了试验，从而形成了室外温湿度监测方案的主体设计思路。第二，通过对短距无线网技术、远程无线通信技术、ARM技术、单片机技术等进行深入研究，进行了相关子模块硬件电路的调试工作，根据测试结果设计了温湿度采集终端和数据协调器。第三，在下位机软件设计方面，根据系统硬件配置，先进行了各个子模块程序的编写和调试工作，调试成功后，进行了主程序的编写和调试，最后完成了温湿度采集终端和数据协调器的软件设计工作，其中温湿度采集终端的程序是用C语言在IAR EW430软件平台上进行开发的，数据协调器的程序是用C语言在RVMDK3.8A软件平台上进行开发的。第四，进行了监测客户端软件设计及系统调试工作，监测客户端是在Visual Basic6.0软件开发工具上设计的，在监测客户端软件编写中，网络通信功能是通过配置Winsock实现的;最后搭建了系统调试平台，该平台由温湿度采集终端、数据协调器、监测计算机组成，通过调试结果达到了预期的设计目标，证明了本方案的可行性。论文的最后是结论部分，经过了前期准备工作、系统设计阶段以及系统调试，分析和总结了系统存在的不足，主要的改进方向为:(1)完善监测客户端软件的功能，实现智能化分析数据，并将各个测试点的温湿度数据录入专业的数据库;(2)设计移动客户端软件，用户可以用手机、Pad等设备实时观察各个测试点的温湿度数据，增加监测的手段，方便测试人员监测;(3)提高系统抗干扰能力;(4)扩大组网范围，使多个数据协调器之间构成无线网络，扩大监测范围。
　　论文的研究意义主要有以下几个方面:(1)针对有线温湿度监测系统在山地、丛林、山区等室外场地难于布线的问题，提出了短距无线网技术的室外温湿度监测方案，并依据该方案设计出了一个温湿度监测系统，通过系统调试实现了方案的预期目标，一定程度上验证了短距无线网技术在室外温湿度监测系统上应用的可行性。(2)通过构建短距无线网络，使温湿度监测系统能够适用于室外一定区域内大数量测试点的测试需求。(3)通过增加远程监测方式，使温湿度监测系统能够适用于室外需要长期监测的场合，方便测试人员监测，提高测试效率。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 学术背景

1．2 理论与实际意义

1．3 国内外文献综述

1．4 主要研究内容

第2章 室外温湿度监测总体方案设计

2．1 室外温湿度监测的结构设计

2．2 室外温湿度的采集设计

2．3 室外温湿度监测的无线通信方案设计

2．3．1 短距无线通信技术的选择

2．3．2 nRF24L01+收发芯片的特点分析

2．3．3 短距无线网的路由算法选择

2．3．4 远程无线通信技术的选择

2．3．5 SIM900A模块的特点分析

2．4 本章小结

第3章 室外温湿度监测硬件设计

3．1 温湿度采集终端的硬件设计

3．1．1 电源模块设计

3．1．2 ADC模块部分电路设计

3．1．3 RF模块电路

3．1．4 数字温湿度传感器的选择

3．2 nRF24L01+射频芯片的配置

3．3 数据协调器的硬件设计

3．3．1 电源模块及主要滤波电路设计

3．3．2 STM32F103VET6最小系统模块

3．3．3 远程无线通信模块部分电路设计

3．3．4 TFTLCD模块

3．3．5 指示模块和键盘

3．4 本章小结

第4章 室外温湿度监测下位机软件设计

4．1 数据协调器的软件设计

4．1．1 远程无线通信模块程序设计

4．1．2 RF模块的程序设计

4．1．3 TFTLCD显示模块程序设计

4．2 温湿度采集终端的软件设计

4．2．1 ADC模块的程序设计

4．2．2 数字滤波算法的选择

4．3 本章小结

第5章 监测客户端设计及系统调试

5．1 数据包传输过程

5．2 监测客户端软件设计

5．2．1 Winsock的使用

5．2．2 监测客户端软件设计

5．3 系统调试

5．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果