1、LOGO指指導教師導教師：徐秀：徐秀基于大氣P M 2.5測量的無線傳感網絡技術n班班級級：網絡網絡12-1班班n學學生：生：鄒鄒宇宇馳馳n學號學號：08123537u 小小組組成成員員：成：成煒煒琳琳 黨樸一黨樸一 苗苗清清亮亮中國礦業大學大學生科研項目結題答辯中國礦業大學大學生科研項目結題答辯u第一部分第一部分 項目研究意義項目研究意義 u第二部分第二部分 項目研究內容與方案項目研究內容與方案 u第三部分第三部分 項目特色項目特色u第四部分第四部分 項目執行情況項目執行情況u第五部分第五部分 項目取得成果項目取得成果u第六部分第六部分 項目研究詳細方案項目研究詳細方案u第七部分第七部分 項

2、目經費使用情況項目經費使用情況u第八部分第八部分 項目總結項目總結n意義u 環境監測是無線傳感器網絡的一個重要應用領域，傳統環境監環境監測是無線傳感器網絡的一個重要應用領域，傳統環境監測方法需工作人員攜帶大量監測儀器趕赴監測地點長時間進行測方法需工作人員攜帶大量監測儀器趕赴監測地點長時間進行人工監測，使得傳統環境監測面臨很多如監測效率低、人力與人工監測，使得傳統環境監測面臨很多如監測效率低、人力與財力消耗大等諸多問題。無線傳感器網絡由一組傳感器網絡節財力消耗大等諸多問題。無線傳感器網絡由一組傳感器網絡節點組成，通過多跳自組織的方式構成無線通信網絡系統，無線點組成，通過多跳自組織的方式構成無線通

3、信網絡系統，無線傳感技術能夠通過各類集成化的微型傳感器協作地實時監測、傳感技術能夠通過各類集成化的微型傳感器協作地實時監測、感知和采集各種環境或監測對象的信息，并傳達給用戶。這種感知和采集各種環境或監測對象的信息，并傳達給用戶。這種易用性、可靠性、抗干擾性、低功耗、低成本、互操作性、安易用性、可靠性、抗干擾性、低功耗、低成本、互操作性、安全性等特點，使監測活動展開速度快、抗破壞性強、監測精度全性等特點，使監測活動展開速度快、抗破壞性強、監測精度高、監測覆蓋范圍大。高、監測覆蓋范圍大。u 智能無線傳感器網絡的環境監測改變了人類與自然交互的方式智能無線傳感器網絡的環境監測改變了人類與自然交互的方式

4、，提高了監測現場信息的可靠性和及時性，這對實現對大面積，提高了監測現場信息的可靠性和及時性，這對實現對大面積區域實時監測及相關設備的有效控制具有重要意義。區域實時監測及相關設備的有效控制具有重要意義。u 通過此次項目使學生們了解到如何運用所學知識，如網絡技術通過此次項目使學生們了解到如何運用所學知識，如網絡技術、計算機應用技術、通信技術結合環境監測，掌握交叉學科運、計算機應用技術、通信技術結合環境監測，掌握交叉學科運用理論與方法，提交研究報告中詳細說明應用方法及進行用理論與方法，提交研究報告中詳細說明應用方法及進行PM2.5空氣監測中的網絡應用，提交數據分析及模擬實驗結果空氣監測中的網絡應用，

5、提交數據分析及模擬實驗結果；使同學們能夠運用交叉科學解決實際問題，提高獨立思維、；使同學們能夠運用交叉科學解決實際問題，提高獨立思維、運用科學技術解決現實問題的能力運用科學技術解決現實問題的能力一、研究項目的意義一、研究項目的意義二、項目研究內容與方案二、項目研究內容與方案節點軟件設計建立在節點軟件設計建立在 Zigbee協議棧開發平臺之上協議棧開發平臺之上，節點通信涉及串口通信協議和無線通信協議，通，節點通信涉及串口通信協議和無線通信協議，通信協議制定保證節點數據傳輸的安全可靠。節點具信協議制定保證節點數據傳輸的安全可靠。節點具備環境數據的采集、數據存儲和發送、網絡信息的備環境數據的采集、數

6、據存儲和發送、網絡信息的獲取和上傳、節點的管理，軟件設計實現節點的這獲取和上傳、節點的管理，軟件設計實現節點的這些功能，并通過測試完善了這些功能模塊。些功能，并通過測試完善了這些功能模塊。 三、項目特色三、項目特色u 1、無線傳感器節點體積小，對監測的環境產生的破壞性小無線傳感器節點體積小，對監測的環境產生的破壞性小。u 2、節點一次部署即可對環境進行長期的監測和無人的情況節點一次部署即可對環境進行長期的監測和無人的情況下進行監測，無須人類反復的進入監測區域，節省了大量下進行監測，無須人類反復的進入監測區域，節省了大量的資源。的資源。u 3、無線傳感器節點具有簡單的數據處理能力，并且數量比無線

7、傳感器節點具有簡單的數據處理能力，并且數量比較多，便于監測人員進行不間斷全面的高精度數據采集。較多，便于監測人員進行不間斷全面的高精度數據采集。u 4、無線傳感器網絡能夠提供連續、實時、動態的各種數據無線傳感器網絡能夠提供連續、實時、動態的各種數據，不需要任何固定網絡的支持，具有快速展開，抗毀性強，不需要任何固定網絡的支持，具有快速展開，抗毀性強等顯著特點等顯著特點;克服了過去在環境監測中存在著布線困難、成克服了過去在環境監測中存在著布線困難、成本高以及維護困難等問題。本高以及維護困難等問題。u 5、由大量節點通過無線通信技術組成的自組織、多跳的移由大量節點通過無線通信技術組成的自組織、多跳的

8、移動性特性，可以在動性特性，可以在PM2.5監測系統中部署隨機性、自組織監測系統中部署隨機性、自組織、低功耗的傳感網絡，這種交叉學科的應用，使創新與訓、低功耗的傳感網絡，這種交叉學科的應用，使創新與訓練研究更有實效。練研究更有實效。四、項目執行情況四、項目執行情況u 第一階段：第一階段：2014年年3月至月至2014年年5月月u 2014年年03月月2014年年04月：收集理論及技術資料，制月：收集理論及技術資料，制定課題研究方案；深入了解環境監測定課題研究方案；深入了解環境監測PM2.5的無線傳感器的無線傳感器網絡應用現狀。網絡應用現狀。u 2014年年04月月2014年年05月：環境監測現

9、狀調研與分析月：環境監測現狀調研與分析；根據目前大氣環境；根據目前大氣環境PM2.5空氣污染實際情況的分析情況空氣污染實際情況的分析情況，制定試驗方案，制定試驗方案。u 2014年年05月：通過文獻查詢、方案的設計，總結第一階月：通過文獻查詢、方案的設計，總結第一階段的學習與研究工作段的學習與研究工作。四、項目執行情況四、項目執行情況u 第二階段：第二階段：2014年年6月至月至2014年年10月月u 2014年年06月月2014年年08月：開展月：開展項目項目實驗，對實驗數實驗，對實驗數據進行綜合分析、研究無線傳感器網絡技術的應用；進行據進行綜合分析、研究無線傳感器網絡技術的應用；進行無線傳

10、感器網絡的相關協議研究與分析；無線傳感器網絡的相關協議研究與分析；u 2014年年08月月2014年年10月：無線傳感器網絡技術進行月：無線傳感器網絡技術進行空氣質量監測系統框架設計研究；空氣質量監測系統框架設計研究；u 2014年年10月：通過理論學習與協議分析的研究，總結第月：通過理論學習與協議分析的研究，總結第二階段學習及實施內容，總結研究報告二階段學習及實施內容，總結研究報告。四、項目執行情況四、項目執行情況u 第第三三階段：階段：2014年年10月至月至2014年年11月月u 2014年年10月月2014年年11月：總結月：總結前兩個前兩個階段學習及實階段學習及實施，總結研究報告，撰

11、寫論文。進行數據分析，驗證設計施，總結研究報告，撰寫論文。進行數據分析，驗證設計方案的可行性；整理數據與研究報告，提交論文，結題驗方案的可行性；整理數據與研究報告，提交論文，結題驗收。收。五、項目取得成果五、項目取得成果 終端節點采集并在12864上顯示五、項目取得成果五、項目取得成果10.3號采集宿舍樓附件的PM2.5值根據以上2采集數據圖發現，礦大南湖校區內PM2.5值在60左右波動六、項目研究詳細方案六、項目研究詳細方案u 考慮到項目成本問題，以及時間關系，我們小組經過慎重考慮到項目成本問題，以及時間關系，我們小組經過慎重考慮決定選擇點播作為我們的通訊方式。考慮決定選擇點播作為我們的通訊

12、方式。u 點播描述的就是網絡中點播描述的就是網絡中2個節點相互通信的過程。確定通信個節點相互通信的過程。確定通信對象的就是節點的對象的就是節點的16bit短地址。短地址。六、項目研究詳細方案六、項目研究詳細方案u 1、協議棧實現數據采集協議棧實現數據采集開始傳感器采集PM2.5模擬信號終端處理器調用A/D轉換模塊生成可在信道中傳輸的數字信號采集結束六、項目研究詳細方案六、項目研究詳細方案u 2、協議棧實現數據發送協議棧實現數據發送u 終端設備調用協議棧的無線數據發送終端設備調用協議棧的無線數據發送API函數，實現數據的發送。整個函數，實現數據的發送。整個過程只要對過程只要對API函數進行調用以

13、及稍微改動，就可以實現發送能力，足以函數進行調用以及稍微改動，就可以實現發送能力，足以證明協議棧的強大之處證明協議棧的強大之處。u 將采集信號存儲在發送緩沖區中調用ZigBee發送函數確定傳輸波特率，以及數據位數確定對應的協調器地址啟動發送六、項目研究詳細方案六、項目研究詳細方案u 3、協議棧實現數據接收協議棧實現數據接收u 協調器與協調器與PC通過串口相連，當協調器調用接收函數時，檢測到有信號向通過串口相連，當協調器調用接收函數時，檢測到有信號向其傳輸，將其存儲，并調用其傳輸，將其存儲，并調用UART函數與函數與PC串口進行通信，在串口進行通信，在PC串口小串口小助手上顯示傳輸的數據?；蛘咴?/p>

14、協調器上裝置一個助手上顯示傳輸的數據?；蛘咴趨f調器上裝置一個12864模塊，用于直模塊，用于直接方便的顯示數據，從而實現數據的收集接方便的顯示數據，從而實現數據的收集檢測輸入緩沖區的內容進行幀格式檢驗讀取傳輸數據利用串口助手在PC上顯示或者利用12864在協調器上顯示統計數據繪制表格七、項目經費使用情況七、項目經費使用情況u 1.資料購置費，測試費，軟件、小型硬件及小型實驗設備資料購置費，測試費，軟件、小型硬件及小型實驗設備購置費等：購置費等：976元；元；u 2.購買資料，印刷的費用等：購買資料，印刷的費用等：358元；元；u 共計：共計：1334元元八、項目總結八、項目總結u 至此，利用至

15、此，利用Zigbee協議棧進行傳感器網絡的搭建以及數據協議棧進行傳感器網絡的搭建以及數據實時傳輸以及完成，在本次項目的開展進行中，我們小組實時傳輸以及完成，在本次項目的開展進行中，我們小組進行了合理的分工協作，每個人的職責不完全相同，遇到進行了合理的分工協作，每個人的職責不完全相同，遇到困難大家一起幫助解決，沒有出現拖工或者不和諧的音符困難大家一起幫助解決，沒有出現拖工或者不和諧的音符，個人都懷著一顆好學的心進行項目的開展。，個人都懷著一顆好學的心進行項目的開展。八、項目總結八、項目總結u 項目進行過程中我們也遇到一些困難，比如在改協議棧函項目進行過程中我們也遇到一些困難，比如在改協議棧函數的

16、時候，因為好多函數都是數的時候，因為好多函數都是TI官方自帶的，我們不太了官方自帶的，我們不太了解函數的作用和功能，所以我們還需要自己上網查資料或解函數的作用和功能，所以我們還需要自己上網查資料或者購買相關的書籍進行翻閱，了解，或者相應的知識以后者購買相關的書籍進行翻閱，了解，或者相應的知識以后，才進行合理的改動，最終也成功得到想要的結果。，才進行合理的改動，最終也成功得到想要的結果。八、項目總結八、項目總結u 當然這里，還要感謝我們的指導教師徐秀，沒有她的幫助當然這里，還要感謝我們的指導教師徐秀，沒有她的幫助和指導，項目進行方向很難被確定，前行的步伐也會被阻和指導，項目進行方向很難被確定，前行的步伐也會被阻礙。礙。u 我相信，本次項目已經結束