无线传感网化工厂环境监测系统设计下位机子系统设计(附件)
为了解决目前环境监测中遇到的监测数据不及时、不准确、布线困难等问题，需要研究一套能够远程进行实时监控的化工环境厂无线传感器监测系统。本系统能够实现采集化工厂环境信息，传输信息，实时监测和处理信息等功能。本设计主要研究了环境监测系统的下位机部分，包含了传感器节点、中心传感器节点、无线通信模块等硬件部分设计和传感器节点的软件设计。传感器节点完成数据的采集和转发，中心传感器节点采集数据并接收传感器节点发送的数据而且能够在液晶显示屏上显示数据，当超出设定的阈值时会发出警报，同时通过无线模块把数据发送给上位机。关键词 传感器，环境监测，无线通信，实时监测
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的背景及意义 1
1.2 国内外研究的概况和发展趋势 2
2 化工厂环境监测系统设计 3
2.1 化工厂环境监测系统的总体框架 3
2.2 传感器节点 4
2.3 中心传感器节点 4
2.4 上位机监控中心 5
3 化工厂环境监测系统硬件设计 5
3.1传感器节点设计 5
3.1.1传感器节点系统框架 5
3.1.2数据采集模块的设计 6
3.1.3数据处理模块设计 9
3.1.4传感器节点软件设计 11
3.1.5 无线通信模块设计 12
3.2中心传感器节点设计 16
3.2.1数据采集模块的设计 17
3.2.2数据处理模块的设计 17
3.2.3无线通信模块设计 19
3.2.4蜂鸣器电路设计 19
3.2.5按键电路设计 20
3.2.6 LCD液晶屏电路设计 21
4 硬件的焊接与调试 24
4.1硬件的焊接与安装 24
4.2系统的调试 24
结论 26
致谢 27
参考文献 28
附录A 实物图 29
附录B 传感器节点代码 30
1 绪论
1.1 课题的背景及意义
化工 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
生产的出现在一定程度上是社会发展、科技进步的象征。 现如今化工产品充斥在我们生活的每一个部分。可以这样说，化工的发展很大程度上带动了中国的经济发展，让我们的生活水平由此提高。当然，凡事有利必定有弊，虽然说化工业提高了我们的生活水平，但是随着一桩桩化学事故的发生，让我们感觉到了化学工业对我们生命和经济财产带来的威胁。
我国同样步了许多西方国家的后尘，当初只顾一味的追求经济的发展，而忽略了环境恶化问题。中国是化学工业发展的大国，但由于仍处于发展中国家，而且我国的化工业起步较晚，所以我国化工业面临着很多严重的问题。管理问题，设备落后，环境污染，化工业需要解决的问题由此可见。2015年天津港发生爆炸，这次事故震惊中外，共有165人遇难，造成了巨大的经济损失和不良的社会影响。石家庄2012年也发生了一起化工事故，有71人伤亡，并有4人失踪。这几年化工厂事故屡见不鲜。化工厂事故已经造成了无数的悲剧，带来了巨大的经济损失。如今空气中弥漫的污染物也越来越多，据预测，到2020年全世界可能有800多万人死于空气污染。对于有形的伤害我们可以避免，但是对于空气污染，它是无影无形的，它时刻威胁着我们，但我们却躲无可躲。环境问题越来越严重，不仅是相关政府部门，我们每一个人都要考虑如何解决这个问题。
针对我国化工行业的环境状况，必须获得全面的监测数据，及时准确地监测大气污染物的含量，采取有效措施加以处理，对当今提倡的绿色可持续发展具有重要的研究意义。对于化学工业带来的巨大伤害，我们不能坐以待毙，我们需要运用科学的手段来对化学事故进行预防和处理，把可能发生的伤害降到最低。所以我们迫切需要研制一种可以代替人力来监测化工环境的装置，同时最重要的是能够得到及时准确的监测数据。
在当今的社会，传感器技术[1]、嵌入技术[24]、分布处理技术以及通信领域中的无线通信目前正处在一个迅猛发展的过程当中，使得在同一个设备上面集成了网络、传感、通信以及计算等功能的目标能够完成，无线传感网络就是把这些技术整合并加以应用[56]。该技术技既能保障数据的准确采集，又能保证数据及时可靠的传输，这可以很好地解决目前化工行业的环境监测问题。
1.2 国内外研究的概况和发展趋势
现今由于科技水平的提升，一些工厂、办公楼、家居有无线传感网络的参与给我们的工作和生活带来了很大的方便[7]。
很多国家都已经发现了传感器网络的价值，都纷纷开始投入研究。美国、日本、英国等国家纷纷对该技术展开研究工作，并已经在该项技术上取得了一定的成就，领跑于很多国家。
虽然无线传感器网络的研究已经取得了一定的成果，但并不意味着该项技术已经臻至完美，这项技术依然存在着许多问题和不足。安全性问题是该项技术不可忽视的又一关键性问题。目前，主要问题是：首先是传感器在物理层面不稳定，其次是传感器节点的资源受限，再次是由于电源的有限性、分布式技术被采用，网络主机安全性能低，容易受到网络攻击[8]。对于移动传感器来说，我们需要高能效、简单、低价和可靠的无线通信通道[9]。除了上面介绍的几点外，传感器网络还包括很多其他方面的问题需要研究，比如传感器网络节点的配置[10]、传感器结构、数据处理、路径规划[11]、电源能量等等[12]。
总的来说，下面是将来传感器网络研究的几个方面：
节点小型化
利用现有的技术把传感器节点做的越来越小，越来越节能且长寿命是传感器节点的一个研究方向。
低成本
传感器节点成本价格偏高是造成该项技术普及的阻碍之一，要想该项技术达到实用化，就应该把传感器节点的成本降下来。如果真的做到这一点，将会在一定程度上大大推动无线传感器网络的发展。
安全性和抗干扰能力
网络安全问题不仅出现在普通网络里，传感网无可避免同样面着这一难题，确保传感器网络不被侵犯和干扰即安全性保障是以后研究的一个重点方向。化工厂的传感器大多数都是裸露在外的，工作环境都不好，许多传感器很容易受到外界环境因素的干扰，从而造成采取数据不能做到准确及时，所以提高传感器的抗干扰能力是必须攻克的一个难题。
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的背景及意义 1
1.2 国内外研究的概况和发展趋势 2
2 化工厂环境监测系统设计 3
2.1 化工厂环境监测系统的总体框架 3
2.2 传感器节点 4
2.3 中心传感器节点 4
2.4 上位机监控中心 5
3 化工厂环境监测系统硬件设计 5
3.1传感器节点设计 5
3.1.1传感器节点系统框架 5
3.1.2数据采集模块的设计 6
3.1.3数据处理模块设计 9
3.1.4传感器节点软件设计 11
3.1.5 无线通信模块设计 12
3.2中心传感器节点设计 16
3.2.1数据采集模块的设计 17
3.2.2数据处理模块的设计 17
3.2.3无线通信模块设计 19
3.2.4蜂鸣器电路设计 19
3.2.5按键电路设计 20
3.2.6 LCD液晶屏电路设计 21
4 硬件的焊接与调试 24
4.1硬件的焊接与安装 24
4.2系统的调试 24
结论 26
致谢 27
参考文献 28
附录A 实物图 29
附录B 传感器节点代码 30
1 绪论
1.1 课题的背景及意义
化工 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
生产的出现在一定程度上是社会发展、科技进步的象征。 现如今化工产品充斥在我们生活的每一个部分。可以这样说，化工的发展很大程度上带动了中国的经济发展，让我们的生活水平由此提高。当然，凡事有利必定有弊，虽然说化工业提高了我们的生活水平，但是随着一桩桩化学事故的发生，让我们感觉到了化学工业对我们生命和经济财产带来的威胁。
我国同样步了许多西方国家的后尘，当初只顾一味的追求经济的发展，而忽略了环境恶化问题。中国是化学工业发展的大国，但由于仍处于发展中国家，而且我国的化工业起步较晚，所以我国化工业面临着很多严重的问题。管理问题，设备落后，环境污染，化工业需要解决的问题由此可见。2015年天津港发生爆炸，这次事故震惊中外，共有165人遇难，造成了巨大的经济损失和不良的社会影响。石家庄2012年也发生了一起化工事故，有71人伤亡，并有4人失踪。这几年化工厂事故屡见不鲜。化工厂事故已经造成了无数的悲剧，带来了巨大的经济损失。如今空气中弥漫的污染物也越来越多，据预测，到2020年全世界可能有800多万人死于空气污染。对于有形的伤害我们可以避免，但是对于空气污染，它是无影无形的，它时刻威胁着我们，但我们却躲无可躲。环境问题越来越严重，不仅是相关政府部门，我们每一个人都要考虑如何解决这个问题。
针对我国化工行业的环境状况，必须获得全面的监测数据，及时准确地监测大气污染物的含量，采取有效措施加以处理，对当今提倡的绿色可持续发展具有重要的研究意义。对于化学工业带来的巨大伤害，我们不能坐以待毙，我们需要运用科学的手段来对化学事故进行预防和处理，把可能发生的伤害降到最低。所以我们迫切需要研制一种可以代替人力来监测化工环境的装置，同时最重要的是能够得到及时准确的监测数据。
在当今的社会，传感器技术[1]、嵌入技术[24]、分布处理技术以及通信领域中的无线通信目前正处在一个迅猛发展的过程当中，使得在同一个设备上面集成了网络、传感、通信以及计算等功能的目标能够完成，无线传感网络就是把这些技术整合并加以应用[56]。该技术技既能保障数据的准确采集，又能保证数据及时可靠的传输，这可以很好地解决目前化工行业的环境监测问题。
1.2 国内外研究的概况和发展趋势
现今由于科技水平的提升，一些工厂、办公楼、家居有无线传感网络的参与给我们的工作和生活带来了很大的方便[7]。
很多国家都已经发现了传感器网络的价值，都纷纷开始投入研究。美国、日本、英国等国家纷纷对该技术展开研究工作，并已经在该项技术上取得了一定的成就，领跑于很多国家。
虽然无线传感器网络的研究已经取得了一定的成果，但并不意味着该项技术已经臻至完美，这项技术依然存在着许多问题和不足。安全性问题是该项技术不可忽视的又一关键性问题。目前，主要问题是：首先是传感器在物理层面不稳定，其次是传感器节点的资源受限，再次是由于电源的有限性、分布式技术被采用，网络主机安全性能低，容易受到网络攻击[8]。对于移动传感器来说，我们需要高能效、简单、低价和可靠的无线通信通道[9]。除了上面介绍的几点外，传感器网络还包括很多其他方面的问题需要研究，比如传感器网络节点的配置[10]、传感器结构、数据处理、路径规划[11]、电源能量等等[12]。
总的来说，下面是将来传感器网络研究的几个方面：
节点小型化
利用现有的技术把传感器节点做的越来越小，越来越节能且长寿命是传感器节点的一个研究方向。
低成本
传感器节点成本价格偏高是造成该项技术普及的阻碍之一，要想该项技术达到实用化，就应该把传感器节点的成本降下来。如果真的做到这一点，将会在一定程度上大大推动无线传感器网络的发展。
安全性和抗干扰能力
网络安全问题不仅出现在普通网络里，传感网无可避免同样面着这一难题，确保传感器网络不被侵犯和干扰即安全性保障是以后研究的一个重点方向。化工厂的传感器大多数都是裸露在外的，工作环境都不好，许多传感器很容易受到外界环境因素的干扰，从而造成采取数据不能做到准确及时，所以提高传感器的抗干扰能力是必须攻克的一个难题。
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