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1、基于无线传感网络的温度监控系统设计摘 要近年来，随着无线通信技术和传感器技术的飞速发展，无线传感器网络越来越得到广泛的应用，特别是在环境监测、智能家居、工业监控等领域的应用。基于无线传感器网络的温度监控系统用于对温度的自动监控。无线传感器网络是由一组传感器以Ad Hoc方式构成的无线网络，其目的是协调地感知、采集和处理网络覆盖的地理区域中感知对象的信息，并发布给监控者。随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器开始在世界范围内出现，由这些微型传感器构成的传感器网络引起了人们的极大关注。这种无线传感器网络综合了传感器技术、微机电系统
2、技术、分布式信息处理和网络通信技术，能够协调地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种环境或监测对象的信息，并对这些信息进行处理。在信息采集及处理的过程中，涉及到了基于嵌入式系统及面向片上系统的平台设计，基于微机电系统技术(MEMS)的传感器研发，针对分布式系统的数据挖掘及队列数据处理，以及具有自适应组网和自主路由的无线网络协议及其安全问题。正是对这些课题的不断探索，促成了无线传感器网络研究的各个分支的产生以及标准的制定。本文是设计一个基于无线传感网络的温度监控系统其中包括温度的采集、无线发射、无线接收、报警等内容的设计可以广泛应用于工业监控、智能楼宇、环境监测等领域关键词：无线传感网络；传感
3、器；嵌入式系统；智能家居The Design of Temperature monitoring system based on wirelesssensor networksAbstractIn recent years, with the rapid development of wireless communication and sensor technology, wireless sensor networks has been widely used, especially in the field of environmental monitoring, smart home,
4、 and industrial monitoring applications.Wireless sensor network is constituted by a group of sensors to the Ad Hoc mode wireless network, and its purpose is to coordinate perception, acquisition and processing of the geographical area covered by the network-aware object, and issued to the observer.
5、With the rapid development of communication technology, embedded computing and sensor technology and increasingly sophisticated, with perception, computing power and communication capabilities of the tiny sensors worldwide, aroused by these miniature sensors, sensor networks of great concern. This w
6、ireless sensor network integrated sensor technology, MEMS technology, distributed information processing and network communication technology, able to coordinate a variety of environmental monitoring object information in real-time monitoring, sensing and collecting network distribution area, and th
7、ese information processing. In the process of information collection and processing related to a platform-based system embedded systems-oriented on-chip design, micro-electromechanical systems (MEMS)-based sensor development for distributed systems, data mining and queue data processing and adaptive
8、 networking and routing wireless network protocols and security issues. It is the continuous exploration of these topics, contributed to the generation of the various branches of the wireless sensor network, as well as the development of standards.This article is to design a wireless sensor network-
9、based temperature monitoring system, including the design of the temperature of the collection, wireless transmitter, wireless receiver, alarm and other content can be widely used in industrial monitoring, smart buildings, environmental monitoring fieldKeyword：Wireless sensor networks; sensors;embed
10、ded systems; smart home目 录引言1第1章 绪论21.1 课题研究的目的和意义21.2 无线传感网络的研究和发展现状21.3课题研究的主要内容4第2章 系统方案设计521 系统方案的论证522 系统方案设计原则623 系统方案的选择6第3章 系统的硬件电路设计83.1 系统电路主要硬件元件介绍83.2本系统的硬件电路133.3 单片机串口电路设计163.4温度控制电路设计17第4章 系统软件设计194.1按键处理程序设计194.2液晶显示程序设计204.3温度采集程序设计204.3 报警处理程序设计204.4发射端主程序设计214.5接收端主程序设计23结论与展望24致谢
11、25参考文献26附录A基于无线传感网络的温度监控系统设计发射模块电路27附录B 基于无线传感网络的温度监控系统接收模块的硬件原理图28附录C 系统软件程序29附录D 参考文献摘要44附录E 引用外文文献及翻译47插图清单图2-1方案一原理框图5图2-2方案二原理框图6图2-3本系统采用的电路方案框图7图3-1 DS18B20引脚分布图9图3-2 D18B20工作原理图11图3-3 nRF24L01芯片引脚图11图3-4 晶振电路13图3-5电源电路13图3-6 3v电源电路13图3-7 8051单片机基本电路14图3-8测温电路电路图14图3-9 报警电路15图3-10按键电路15图3-11
12、LCD1602液晶显示模块电路图16图3-12 nrf24L01无线传输电路16图3-13 电平转换电路原理图17图3-14温度控制电路图18图4-1按键处理子程序流程图19图4-2 DS18B20温度读取过程流程图20图4-3发射端主要程序流程图22表格清单表3-1DS18B20详细引脚功能描述9表3-2 ROM的内存指令10引 言目前, 国外的一些发达国家虽然有一部分先进的无线传感器网络监控系统, 由于环境成本等原因, 并不适合我国的实际情况。从实际情况, 本着低成本、低功耗的原则, 对该系统软硬件进行设计, 并解决了传统的有线监控系统的诸多问题, 具有简单、灵活和易开发等优点。无线传感器
13、网络是由大量低成本、能耗低的微小传感器节点构成的无线网络测控系统。采用多跳对等的通信方式,将具有传感器、数据处理单元及通信模块的大量智能节点散布在感知区域, 节点以自组方式形成网络, 能够协作地实时监测、感知和采集各种环境或监测对象信息并处理、传送到需要的用户, 具有自治、自适应等智能属性。由于体积、成本和功耗等原因, 实际资源的使用受到限制。此外, 通常传感器节点需要连续工作很长一段时间, 在人力修复无法实现的情况下, 一旦有节点损坏或是电源失效等情况, 就不能及时获得准确的监测数据。为此, 无线传感器网络的设计在考虑硬件资源非常有限的条件下,选用无线射频收发芯片nRF24L01 无线数据传
14、输设备,该设备实现能耗低、成本小的无线网络硬件系统。根据无线传感器网络的自身特点对无线传感器网络监控系统的硬件和软件进行了较详细的设计方案。第1章 绪 论1.1 课题研究的目的和意义目前，在工业现场数据采集和无线温度采集系统中，要使用大量的基于不同物理机制的传感器，且监控和采集的对象多而分散。传统的使用线缆直接连接实现信号传输的方式，将严重限制数据采集点的安放灵活性，设备布线困难。为达到实时、无人值守、不需重新布线的目的，所选用的传感器应该是有源的、准实时、低功耗和便于安装的。因此，通过无线通信的方式传递数据是一种较为理想的选择，它与有线方式相比主要有成本低、携带方便、布线安装简便等特点，特别
15、适用于远程多点无线数据传输系统的实现。无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。无线传感器网络具有组网快捷、灵活等优点，具有很高的研究价值和十分广阔的应用前景。无线传感器节点负责采集室内温度信息，并将数据按一定的格式传回控制机进行分析处理。无线温度采集系统的开发有效地解决了低成本、远程数据采集的可行性和安全性等问题，对于无线传感器网络技术在环境监控领域的运用有着重要的参考价值。根据毕业设计题目的要求和设计需要本次论文设计主要实现对办办公室温度的实时监控。通过在办公室内安装基于无线传感器网络的温度采集节点来测量楼内各点温度，经过分析处理完成温度的监控。本次毕业设计研究了一种基于无线传感器网络技术的无线温度监控系统。1.2 无线传感网络的研究和发展现状1.2.1无线传感网络无线传感器网络是大量的静止或移动的传感器以自组织和多跳
