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1、重要提示：1.本电子文档标准格式中的各类说明（用蓝色字体表示）仅供参考，在参阅后请自行删除（包括本提示），黑色字体的内容全部保留。2、本封面的填写内容一律用“三号楷体_GB2312”。 淮 阴 工 学 院毕业设计(论文)开题报告学 生 姓 名：学 号：专 业：设计(论文)题目：指 导 教 师:年月日 开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效。2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处
2、网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见。3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10篇（不包括辞典、手册）。4有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2006年3月15日”或“2006-03-15”。 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告1结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述文 献 综 述 水质监测是水资源环境管理与保护的重要基础，是保护水
3、环境的重要手段。水质的监测和治理关系到各行各业的生产和水民的生活。目前我国的水质监测仍然存在很多问题。一是各级水质监测中心的采样能力不足。监测频率低，水质检测实验室的检测仪器设备老化，大型分析检测实验室设备数量太少，现场监测能力低。三十自动水质监测站数量太少。缺乏自动测报能力，难以获得重点水功能主要水质监测的实时数据无线传感器网络是由大量的传感器节点采用无线自组织方式构成的而网络，它在环境监测，军事，医疗健康，家庭智能监控和其他商业领域有着广泛的应用前景。国内的WSN研究开展比较晚，目前还只处于学校和研究所的探索阶段。特别是无线通信协议的研发。没有统一的标准，网络的稳定性，兼容性都比较差。因此
4、，提出一个兼容性的无线传感器网络是十分有意义的。该网络可以实现上层通讯协议开发的统一，兼容不同的硬件节点，混合组网，开发简便，移植性高，可以使网络达到的最大优化。无线传感器网络(wireless sensor networks,WSN)被公认为对21世纪产生巨大影响力的技术之一,是国际上备受关注的前沿热点研究领域1, 2。它是由传感器节点、汇聚节点(sink节点)、互联网和用户终端等部分组成。传感器节点被部署在监测区域内,节点通过自组织的方式组成无线网络,它能够实时监测和采集网络分布区域内各种检测对象的信息,并将这些信息通过无线方式发送到用户终端,以实现指定范围内的目标检测与跟踪。2009年1
5、1月,国务院批准在无锡成立“国家传感信息中心”,这也标志着中国进入了WSN的加速发展阶段。农业是国民经济的基础产业,WSN的应用将有效降低人力消耗高效、实时地获取作物环境和作物信息,这将有利于推进农业现代化3。国内外越来越多的专家和学者纷纷加入到该研究行列,研究成果日益丰富4。1. 1温室环境应用2006年MancusoM5利用Sensicast公司的RTD204模块无线采集温室内西红柿的生长环境因子(空气温度和相对湿度、土壤温度)。2007年孙程光6通过应用PTR8000无线收发模块,配合VB和Flash技术组成上位机系统,实现了温室里的无线智能环境监视和控制。2009年韩华峰7提出了基于Z
6、igBee协议的无线传感器节点监测温室环境。通过网络汇聚节点与无线移动网络(GPRS/CDMA)和INTER-NET的无缝连接,实现数据远程传输至指定数据库服务器。Park DH8利用ZigBee组建了温室监测系统,传感器探测环境温湿度、叶片温湿度并保存于上位机服务系统、网关节点实现自动控制温湿度。2010年杨玮9设计了基于ZigBee的温室无线智能控制终端。终端能够实现对温室环境因子(土壤温度、叶片温度,光照、土壤水分等)的数据采集和有效语音控制。Jeonghwan10利用WSN组建了温室红辣椒管理系统,该系统利用CCTV摄像头和传感器监测温室内外的环境信息,能人工或自动的控制环境变量,从而
7、提高劳动效率。12大田环境应用2007年冯友兵11针对农田灌区范围广、数据量大、实时传输难的特点,设计了一个切实可行的灌区WSN系统,解决了网络结构、节点定位、路由和能量监控等问题。2008年刘卉,汪懋华等12利用Zigbee无线通信协议组建Mesh网络,所有农田节点数据路由到网关节点,由网关节点将全部数据通过GPRS无线通信方式转发到远程数据中心。Par-dossi13利用WSN技术搭建土壤层传感器平台监测土壤湿度等信息。2009年LpezRiquelme等14在木尔西亚半干旱地区的一个生态园艺企业中设计并部署了一个试验性WSN系统。测量各种土壤温度、容积含水率和盐度及环境温、湿度,水体盐度
8、和水体温度等,实现生态园无线实时监控。高峰等15设计开发了基于WSN的作物水分状况检测系统(WSN-CWSM),实现了在温室大棚中对作物生长环境、作物茎直径微变化等参数信息的全覆盖检测2010年孙玉文等16研制了远程农作物管理决策平台,该平台利用了WSN技术实现对农田的温度、湿度、光照等信息的监测1. 3动植物生理生态监测2007年Wark等17开展了WSN在家畜饲养业中的应用研究,利用无线传感器系统监测牧场中牛的活动,其目的是防止两头牛之间的争斗。2009年Butler等18应用WSN设计了一个圈状电子篱笆,佩戴在牲畜脖子上,将牲畜运动信息实时转发给基站。当佩戴传感器节点的牲畜试图跨越电子篱
9、笆时,扬声器发出警报来控制该牲畜的行为。该系统可以实现无人放牧,节约饲育场安装和移动物理篱笆所产生的开销,提高饲育场的使用率。2010年尹令19设计了基于WSN的奶牛行为特征监测系统。系统在奶牛颈部安装无线传感器节点,通过测量奶牛的体温、呼吸频率和运动加速度等参数,准确区分奶牛静止、慢走、爬跨等行为特征,从而实现奶牛健康状态的监测1. 4环境监测2008年杜治国等20利用zigbeeWSN监测水质,对各种偏远环境下的水质参数(pH值、DO、浊度、水温、电导、氨氮、TOC、COD等)进行连续采集,在监控中心服务器上显示。2009年蒋鹏21设计了基于WSN的湿地水环境数据视频监测系统, ZigBe
10、e传感器节点采集水温、pH值、浊度、电导率、溶解氧含量等多种水环境参数,并通过CDMA无线网络将子区域的水环境参数实时传送至监测中心。2010年汤文亮22组建了一个基于ZigBeeWSN的森林火灾实时监测系统。利用JN5139芯片实时监测林区的空气湿度、温度及有林火产生时林区的烟雾浓度变化情况等。除了上述利用传感器网络监测大田、温室环境参数、动植物生态监测和环境监测外,还有一些专家学者进行了相关的研23-26。毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告（说明：该页可根据实际需要进行添加，但每次必须添加完整一页） 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告2本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途
11、径）1 硬件总体架构及功能模块设计1 1 硬件总体架构无线传感器网络水质监测 pH 值感知节点是水环境系统的重要组成部分，感知节点通常被部署于企业排污点，各湖、河流、断面、灌溉区、水产养殖区等现场，整个无线传感器网络通过感知节点协同工作完成水质参数信息的采集、传输和处理工作，节点的总体架构框图如图 1 所示。无线传感器网络水质参数 pH值感知节点主要包括 pH 值数据采集模块、微处理器模块、无线收发模块和电源供电模块 4 部分，其中数据采集模块负责采集水环境的 pH 值参数，而传感器采集的信号很微弱，需要通过适当的信号调理电路将其放大、滤波为适合于微处理器处理的信号; 微处理器模块负责对采集的
12、 pH 值参数进行运算、处理; 无线收发模块负责将微处理器模块的数据进行无线发和传输，具有自组网功能; 电源供电模块是感知节点重要组成部分，由于感知节点通常部署于人类难以接近的危险区、荒郊野外等无人值守的区域，要求配置简单、可靠的供电系统，并要求感知节点具有长寿命、低功耗等特点，所以电源模块的设计在整个节点的硬件设计方案中至关重要，电源供电模块采用两种供电模式。1 2 数据采集模块数据采集模块提供了传感器接口实时采集水质参数 pH 值信号，由于由 pH 值传感器直接采集的信号只有几毫伏的微弱的电压值，所以需要设计合理的信号调理电路对采集的信号进行调理以便适合微处理器处理。本设计中采用价格便宜的
13、带有真差动输入的四运算放大器 LM324 对外部信号放大和整形然后再将信号送入微处理器进行运算和处理，以便对水质 pH 值参数进行精确的记录和测量。LM324 四放大器可以工作在低到 3 0V 或者高达 32V 的电源下，共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性，其中还有短路保护输出，真差动输入级，低输入偏置电流: 最大 100纳安。本设计中采用的 pH 值传感器型号为: E-201。该传感器的工作环境条件以及一些重要参数为: 环境温度: 5 40C; 环境相对湿度85%; 测量范围: 0 14pH; 测量温度: 5 60C; 零点: 7 1pH。E-201
14、pH 值传感器采集的 pH 值与输出电压之间满足线性关系，系数为 59 1，1pH = 59 1mV。传感器的信号调理电路如图 2 所示。1 3 无线收发与微处理器模块无线收发与微处理器模块采用基于 ZigBee 技术的 CC2430 核心芯片及其外围电路构成，完成对采集的 pH 值数据进行运算、存储以及收发工作。CC2430 的接口电路如图 3 所示。CC2430 具有较宽的电压范围( 2 0 3 6V) ; 集成了 14 位的模数转换的 ADC; 1 个常规的 16 位计时器和 2 个 8 位计时器;21 个可编程的 I / O 引脚，它们分别与传感器接口、SPI 存储器及在线仿真器连接。
15、系统时钟由 32MHz晶振提供; 系统休眠所用时钟由 32 768kHz 无源晶振提供; 复位键与 RESET 连接，可实现硬件复位并初始化系统。数据接口电路首先通过 RS232 串口将水质参数 pH 值采集后，经过前置的信号调理电路对信号进行放大和整形后再经 A/D 转换成微处理器可以处理的数字信号进行运算和处理，最后由无线收发模块将其信号进行无线转发、传输。 1 4 电源供电模块由于使用环境等条件限制，水质监测系统的无线传感器网络感知节点要求稳定而便捷的电源供电，本设计中提供了两种供电模式: 4 节 1 5V 干电池提供6V 电源; 普通的 6V 稳压电源。节点选用的工作电压为 3 3V，选用其它芯片时充分考虑到电压的统一，选用无线收发模块以及微处理器等都可以在此电压下正常工作。6V 稳压源通过 AMS1117 芯片降压，将其电源电压稳定到 3 3V 以便 pH 值感知节点能正常工作。（说明：该页根据实际需要进行添加，但是表格必须至页尾） 毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作
