无线传感网络的水塘水温监控系统设计(附件)
在规模化水产养殖过程中，水产品的生存、生长会受到水体温度的影响，如果能对水体环境进行实时监测就可以防止水资源的浪费，进而减少经济损失。设计一种基于无线传感器网络的水塘水温监控系统可以解决浪费时间和效率低下的问题。设计中将温度传感器和ZigBee技术相结合，对温度数据进行采集和分析处理。利用DS18B20温度传感器采集温度信息，并通过单总线协议转换后传输到控制界面，方便使用者进行监控。设计的系统可以定时采集数据信息，实现实时监控的目的。关键词 水温监控系统，无线传感网络，ZigBee，温度传感器
目 录
1 绪论 1
1．1 选题背景及意义 1
1．2 无线传感网络的发展历程 1
1．3 国内外研究现状 2
1．4 本课题主要研究内容 3
2 ZigBee协议和网络拓扑结构 4
2．1 ZigBee基本介绍 4
2．2 几种近距离无线传输对比 4
2．3 ZigBee协议 5
2．4 ZigBee网络拓扑结构 6
3 监控系统的硬件设计 8
3．1 系统的总体设计方案 8
3．2 传感器模块设计 8
3．3 信息处理模块设计 10
3．4 无线传输模块设计 14
4 监控系统的软件设计 16
4．1 系统软件开发平台的搭建 16
4．2 传感器节点软件设计 16
5 基于无线传感器网络系统的调试 24
5．1 系统硬件调试 24
5．2 系统通信调试 25
5．3 温度采集测试 28
5．4 温度监控系统测试 28
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
1 绪论
1．1 选题背景及意义
商业养殖中多采用规模化的养殖方法，鱼类的生存、生长会受到水体温度的影响。由于水产品的生长速度和质量也都会受到水温的影响，故而对水温的实时监测显得十分重要。水产品养殖者通过自己积累的经验和对水体观察得到的结 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
果来管理鱼塘，水域水体的更新换代是盲目的，既可能造成大量浪费，还可能在回应期间发生损害。如果能够预知水体温度的变化情况，就能提前阻止水体向坏的方向转变，防止水资源的浪费，进而减少经济损失，因此对水温监控系统的设计迫在眉睫[1]。
传统温度监控系统，通常需要将所用的零部件用导线连接在一起，这些工作往往需要花费许多时间。另外，硬件线路会因为老化、腐蚀、磨损而产生故障。随着传感器数量的增长，导线的数量也会不断上升。目前大部分温度监控有很多缺点，例如：节点位置不能变化，监控范围受到限制，节点敏感度不高，相邻节点相隔较远，存在安全隐患[2]。公共交换电话网络成本高且带宽小，而移动通信网络又难以满足快速、准确的数据爆发。因此，温度监控系统的更换和升级为许多相关组织迫切需要。
无线传感器网络可以定时检测，读取和采集来自网络覆盖区域的水体温度信息，并且可以使用无线多位置方式将其传输给观察者以方便远距离的控制[3]。因此，基于ZigBee的无线温度监控系统受到国内外研究人员的广泛关注。
1．2 无线传感网络的发展历程
无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是当前兴起的一种传感器网络，可以在许多领域中应用，其发展和应用极大的影响了人们的生产生活方式。许多发达国家都很注重WSN，并不断推动其发展和应用。波士顿大学还在最近成立了传感器网络联盟，希望能促进传感器网络技术的发展。在论述未来新兴十大技术时，美国《技术评论》杂志将WNS列为首位，而《商业周刊》则将无线传感器网络列进未来四大新兴技术之中[4]。在可预见的未来，无线传感器网络将会在世界范围内普及，并且会极大地影响人类的生活生产方式。
第一代传感器网络使用的是传统传感器，可以实现点到点传输信号的功能。信息的单向传递通过二线制的4~20 mA电流或1~5 V电压标准实现，只能简单地采集信号等信息，不能组建大规模的传感器网络[5]。
与第一代传感器网络相比，二代传感器网络是一种测控网络，其基本组成有智能传感器和现场控制站，使用模拟电流或电压信号传输传感器信号，极大的改善了各种信息获取和管理能力，进一步改进了网络的结构。
第三代传感器网络是以现场总线为基础的，可以满足基本的智能化信息采集功能，形成以现场总线为媒介的双向通信网络。这代传感器已经构成了局域网，形成更加全面的网络结构，能同时获取多个不同信号[6]。
第四代传感器网络还在研究开发中，目前市面上存在的传感器网络是一种能自主完成任务的深圳信立科技智能性无线传感器网络。其主要特点是：用大规模的多功能、多信息的处理方式，通过自组织无线接入网络，组成无线传感器网络。采用微机电系统、低能耗的RF技术和传感技术，可以大大减少传感器的体积，降低传感器的成本和能量损耗[7]。无线传感器网络目前还是一种网络新技术，只有很少的研究资源可以继承。
1．3 国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
美国是最先开始研究无线传感器网络的国家，1998年，美国国防部提出“智能尘埃”的理念可以用于秘密勘测敌情；此外，美国交通部还在智能交通系统中利用传感器网络对交通情况进行系统处理，降低了事故发生率，缓解了交通拥堵情况。目前，匹兹堡市率先在美国应用智能交通系统（Intelligent Transport?System?，简称ITS），ITS集成了无线传感器、全球定位系统和区域网络系统，大大增加交通安全性，减少了环境污染和交通负荷，提高了经济收益[8]。
目 录
1 绪论 1
1．1 选题背景及意义 1
1．2 无线传感网络的发展历程 1
1．3 国内外研究现状 2
1．4 本课题主要研究内容 3
2 ZigBee协议和网络拓扑结构 4
2．1 ZigBee基本介绍 4
2．2 几种近距离无线传输对比 4
2．3 ZigBee协议 5
2．4 ZigBee网络拓扑结构 6
3 监控系统的硬件设计 8
3．1 系统的总体设计方案 8
3．2 传感器模块设计 8
3．3 信息处理模块设计 10
3．4 无线传输模块设计 14
4 监控系统的软件设计 16
4．1 系统软件开发平台的搭建 16
4．2 传感器节点软件设计 16
5 基于无线传感器网络系统的调试 24
5．1 系统硬件调试 24
5．2 系统通信调试 25
5．3 温度采集测试 28
5．4 温度监控系统测试 28
结 论 30
致 谢 31
参 考 文 献 32
1 绪论
1．1 选题背景及意义
商业养殖中多采用规模化的养殖方法，鱼类的生存、生长会受到水体温度的影响。由于水产品的生长速度和质量也都会受到水温的影响，故而对水温的实时监测显得十分重要。水产品养殖者通过自己积累的经验和对水体观察得到的结 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
果来管理鱼塘，水域水体的更新换代是盲目的，既可能造成大量浪费，还可能在回应期间发生损害。如果能够预知水体温度的变化情况，就能提前阻止水体向坏的方向转变，防止水资源的浪费，进而减少经济损失，因此对水温监控系统的设计迫在眉睫[1]。
传统温度监控系统，通常需要将所用的零部件用导线连接在一起，这些工作往往需要花费许多时间。另外，硬件线路会因为老化、腐蚀、磨损而产生故障。随着传感器数量的增长，导线的数量也会不断上升。目前大部分温度监控有很多缺点，例如：节点位置不能变化，监控范围受到限制，节点敏感度不高，相邻节点相隔较远，存在安全隐患[2]。公共交换电话网络成本高且带宽小，而移动通信网络又难以满足快速、准确的数据爆发。因此，温度监控系统的更换和升级为许多相关组织迫切需要。
无线传感器网络可以定时检测，读取和采集来自网络覆盖区域的水体温度信息，并且可以使用无线多位置方式将其传输给观察者以方便远距离的控制[3]。因此，基于ZigBee的无线温度监控系统受到国内外研究人员的广泛关注。
1．2 无线传感网络的发展历程
无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是当前兴起的一种传感器网络，可以在许多领域中应用，其发展和应用极大的影响了人们的生产生活方式。许多发达国家都很注重WSN，并不断推动其发展和应用。波士顿大学还在最近成立了传感器网络联盟，希望能促进传感器网络技术的发展。在论述未来新兴十大技术时，美国《技术评论》杂志将WNS列为首位，而《商业周刊》则将无线传感器网络列进未来四大新兴技术之中[4]。在可预见的未来，无线传感器网络将会在世界范围内普及，并且会极大地影响人类的生活生产方式。
第一代传感器网络使用的是传统传感器，可以实现点到点传输信号的功能。信息的单向传递通过二线制的4~20 mA电流或1~5 V电压标准实现，只能简单地采集信号等信息，不能组建大规模的传感器网络[5]。
与第一代传感器网络相比，二代传感器网络是一种测控网络，其基本组成有智能传感器和现场控制站，使用模拟电流或电压信号传输传感器信号，极大的改善了各种信息获取和管理能力，进一步改进了网络的结构。
第三代传感器网络是以现场总线为基础的，可以满足基本的智能化信息采集功能，形成以现场总线为媒介的双向通信网络。这代传感器已经构成了局域网，形成更加全面的网络结构，能同时获取多个不同信号[6]。
第四代传感器网络还在研究开发中，目前市面上存在的传感器网络是一种能自主完成任务的深圳信立科技智能性无线传感器网络。其主要特点是：用大规模的多功能、多信息的处理方式，通过自组织无线接入网络，组成无线传感器网络。采用微机电系统、低能耗的RF技术和传感技术，可以大大减少传感器的体积，降低传感器的成本和能量损耗[7]。无线传感器网络目前还是一种网络新技术，只有很少的研究资源可以继承。
1．3 国内外研究现状
1.3.1 国外研究现状
美国是最先开始研究无线传感器网络的国家，1998年，美国国防部提出“智能尘埃”的理念可以用于秘密勘测敌情；此外，美国交通部还在智能交通系统中利用传感器网络对交通情况进行系统处理，降低了事故发生率，缓解了交通拥堵情况。目前，匹兹堡市率先在美国应用智能交通系统（Intelligent Transport?System?，简称ITS），ITS集成了无线传感器、全球定位系统和区域网络系统，大大增加交通安全性，减少了环境污染和交通负荷，提高了经济收益[8]。
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