中國礦業(yè)大學大學生創(chuàng)新項目結(jié)題

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(wǎng)絡(luò)技術(shù)n班班級級：網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)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(yè)大學大學生科研項目結(jié)題答辯中國礦業(yè)大學大學生科研項目結(jié)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(nèi)容與方案項目研究內(nèi)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(zhí)行情況項目執(zhí)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(jīng)費使用情況項目經(jīng)費使用情況u第八部分第八部分 項目總結(jié)項目總結(jié)n意義u 環(huán)境監(jiān)測是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)環(huán)境監(jiān)測是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測方法需工作人員攜帶大量監(jiān)測儀器趕赴監(jiān)測地點長時間進行測方法需工作人員攜帶大量監(jiān)測儀器趕赴監(jiān)測地點長時間進行人工監(jiān)測，使得傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測面臨很多如監(jiān)測效率低、人力與人工監(jiān)測，使得傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測面臨很多如監(jiān)測效率低、人力與財力消耗大等諸多問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由一組傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)財力消耗大等諸多問題。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由一組傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成，通過多跳自組織的方式構(gòu)成無線通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，無線點組成，通過多跳自組織的方式構(gòu)成無線通

3、信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，無線傳感技術(shù)能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、傳感技術(shù)能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，并傳達給用戶。這種感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)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(jiān)測活動展開速度快、抗破壞性強、監(jiān)測精度全性等特點，使監(jiān)測活動展開速度快、抗破壞性強、監(jiān)測精度高、監(jiān)測覆蓋范圍大。高、監(jiān)測覆蓋范圍大。u 智能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境監(jiān)測改變了人類與自然交互的方式智能無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境監(jiān)測改變了人類與自然交互的方式

4、，提高了監(jiān)測現(xiàn)場信息的可靠性和及時性，這對實現(xiàn)對大面積，提高了監(jiān)測現(xiàn)場信息的可靠性和及時性，這對實現(xiàn)對大面積區(qū)域?qū)崟r監(jiān)測及相關(guān)設(shè)備的有效控制具有重要意義。區(qū)域?qū)崟r監(jiān)測及相關(guān)設(shè)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(wǎng)絡(luò)技術(shù)通過此次項目使學生們了解到如何運用所學知識，如網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)、通信技術(shù)結(jié)合環(huán)境監(jiān)測，掌握交叉學科運、計算機應(yīng)用技術(shù)、通信技術(shù)結(jié)合環(huán)境監(jiān)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(yīng)用方法及進行用理論與方法，提交研究報告中詳細說明應(yīng)用方法及進行PM2.5空氣監(jiān)測中的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，提交數(shù)據(jù)分析及模擬實驗結(jié)果空氣監(jiān)測中的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，

5、提交數(shù)據(jù)分析及模擬實驗結(jié)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(shù)解決現(xiàn)實問題的能力運用科學技術(shù)解決現(xiàn)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(nèi)容與方案二、項目研究內(nèi)容與方案節(jié)點軟件設(shè)計建立在節(jié)點軟件設(shè)計建立在 Zigbee協(xié)議棧開發(fā)平臺之上協(xié)議棧開發(fā)平臺之上，節(jié)點通信涉及串口通信協(xié)議和無線通信協(xié)議，通，節(jié)點通信涉及串口通信協(xié)議和無線通信協(xié)議，通信協(xié)議制定保證節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽?。?jié)點具信協(xié)議制定保證節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩煽?。?jié)點具備環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)存儲和發(fā)送、網(wǎng)絡(luò)信息的備環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、數(shù)

6、據(jù)存儲和發(fā)送、網(wǎng)絡(luò)信息的獲取和上傳、節(jié)點的管理，軟件設(shè)計實現(xiàn)節(jié)點的這獲取和上傳、節(jié)點的管理，軟件設(shè)計實現(xiàn)節(jié)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(jié)點體積小，對監(jiān)測的環(huán)境產(chǎn)生的破壞性小無線傳感器節(jié)點體積小，對監(jiān)測的環(huán)境產(chǎn)生的破壞性小。u 2、節(jié)點一次部署即可對環(huán)境進行長期的監(jiān)測和無人的情況節(jié)點一次部署即可對環(huán)境進行長期的監(jiān)測和無人的情況下進行監(jiān)測，無須人類反復的進入監(jiān)測區(qū)域，節(jié)省了大量下進行監(jiān)測，無須人類反復的進入監(jiān)測區(qū)域，節(jié)省了大量的資源。的資源。u 3、無線傳感器節(jié)點具有簡單的數(shù)據(jù)處理能力，并且數(shù)量比無線

7、傳感器節(jié)點具有簡單的數(shù)據(jù)處理能力，并且數(shù)量比較多，便于監(jiān)測人員進行不間斷全面的高精度數(shù)據(jù)采集。較多，便于監(jiān)測人員進行不間斷全面的高精度數(shù)據(jù)采集。u 4、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠提供連續(xù)、實時、動態(tài)的各種數(shù)據(jù)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)能夠提供連續(xù)、實時、動態(tài)的各種數(shù)據(jù)，不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，具有快速展開，抗毀性強，不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)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(huán)境監(jiān)測中存在著布線困難、成克服了過去在環(huán)境監(jiān)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(jié)點通過無線通信技術(shù)組成的自組織、多跳的移由大量節(jié)點通過無線通信技術(shù)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(jiān)測系統(tǒng)中部署隨機性、自組織監(jiān)測系統(tǒng)中部署隨機性、自組織、低功耗的傳感網(wǎng)絡(luò)，這種交叉學科的應(yīng)用，使創(chuàng)新與訓、低功耗的傳感網(wǎng)絡(luò)，這種交叉學科的應(yīng)用，使創(chuàng)新與訓練研究更有實效。練研究更有實效。四、項目執(zhí)行情況四、項目執(zhí)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(shù)資料，制月：收集理論及技術(shù)資料，制定課題研究方案；深入了解環(huán)境監(jiān)測定課題研究方案；深入了解環(huán)境監(jiān)測PM2.5的無線傳感器的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用現(xiàn)狀。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用現(xiàn)狀。u 2014年年04月月2014年年05月：環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)

9、狀調(diào)研與分析月：環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)狀調(diào)研與分析；根據(jù)目前大氣環(huán)境；根據(jù)目前大氣環(huán)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(shè)計，總結(jié)第一階月：通過文獻查詢、方案的設(shè)計，總結(jié)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(zhí)行情況四、項目執(zhí)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(shù)實驗，對實驗數(shù)據(jù)進行綜合分析、研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用；進行據(jù)進行綜合分析、研究無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用；進行無線傳

10、感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)協(xié)議研究與分析；無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)協(xié)議研究與分析；u 2014年年08月月2014年年10月：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行月：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)框架設(shè)計研究；空氣質(zhì)量監(jiān)測系統(tǒng)框架設(shè)計研究；u 2014年年10月：通過理論學習與協(xié)議分析的研究，總結(jié)第月：通過理論學習與協(xié)議分析的研究，總結(jié)第二階段學習及實施內(nèi)容，總結(jié)研究報告二階段學習及實施內(nèi)容，總結(jié)研究報告。四、項目執(zhí)行情況四、項目執(zhí)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(jié)月：總結(jié)前兩個前兩個階段學習及實階段學習及實施，總結(jié)研究報告，撰

11、寫論文。進行數(shù)據(jù)分析，驗證設(shè)計施，總結(jié)研究報告，撰寫論文。進行數(shù)據(jù)分析，驗證設(shè)計方案的可行性；整理數(shù)據(jù)與研究報告，提交論文，結(jié)題驗方案的可行性；整理數(shù)據(jù)與研究報告，提交論文，結(jié)題驗收。收。五、項目取得成果五、項目取得成果 終端節(jié)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(jù)以上2采集數(shù)據(jù)圖發(fā)現(xiàn)，礦大南湖校區(qū)內(nèi)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(guān)系，我們小組經(jīng)過慎重考慮到項目成本問題，以及時間關(guān)系，我們小組經(jīng)過慎重考慮決定選擇點播作為我們的通訊方式?？紤]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(wǎng)絡(luò)中點播描述的就是網(wǎng)絡(luò)中2個節(jié)點相互通信的過程。確定通信個節(jié)點相互通信的過程。確定通信對象的就是節(jié)點的對象的就是節(jié)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(xié)議棧實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集協(xié)議棧實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集開始傳感器采集PM2.5模擬信號終端處理器調(diào)用A/D轉(zhuǎn)換模塊生成可在信道中傳輸?shù)臄?shù)字信號采集結(jié)束六、項目研究詳細方案六、項目研究詳細方案u 2、協(xié)議棧實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送協(xié)議棧實現(xiàn)數(shù)據(jù)發(fā)送u 終端設(shè)備調(diào)用協(xié)議棧的無線數(shù)據(jù)發(fā)送終端設(shè)備調(diào)用協(xié)議棧的無線數(shù)據(jù)發(fā)送API函數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。整個函數(shù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送。整個過程只要對過程只要對API函數(shù)進行調(diào)用以

13、及稍微改動，就可以實現(xiàn)發(fā)送能力，足以函數(shù)進行調(diào)用以及稍微改動，就可以實現(xiàn)發(fā)送能力，足以證明協(xié)議棧的強大之處證明協(xié)議棧的強大之處。u 將采集信號存儲在發(fā)送緩沖區(qū)中調(diào)用ZigBee發(fā)送函數(shù)確定傳輸波特率，以及數(shù)據(jù)位數(shù)確定對應(yīng)的協(xié)調(diào)器地址啟動發(fā)送六、項目研究詳細方案六、項目研究詳細方案u 3、協(xié)議棧實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收協(xié)議棧實現(xiàn)數(shù)據(jù)接收u 協(xié)調(diào)器與協(xié)調(diào)器與PC通過串口相連，當協(xié)調(diào)器調(diào)用接收函數(shù)時，檢測到有信號向通過串口相連，當協(xié)調(diào)器調(diào)用接收函數(shù)時，檢測到有信號向其傳輸，將其存儲，并調(diào)用其傳輸，將其存儲，并調(diào)用UART函數(shù)與函數(shù)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?shù)臄?shù)據(jù)。或者在

14、協(xié)調(diào)器上裝置一個助手上顯示傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。或者在協(xié)調(diào)器上裝置一個12864模塊，用于直模塊，用于直接方便的顯示數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集接方便的顯示數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的收集檢測輸入緩沖區(qū)的內(nèi)容進行幀格式檢驗讀取傳輸數(shù)據(jù)利用串口助手在PC上顯示或者利用12864在協(xié)調(diào)器上顯示統(tǒng)計數(shù)據(jù)繪制表格七、項目經(jīng)費使用情況七、項目經(jīng)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(shè)備資料購置費，測試費，軟件、小型硬件及小型實驗設(shè)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(jié)八、項目總結(jié)u 至此，利用至

15、此，利用Zigbee協(xié)議棧進行傳感器網(wǎng)絡(luò)的搭建以及數(shù)據(jù)協(xié)議棧進行傳感器網(wǎng)絡(luò)的搭建以及數(shù)據(jù)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(xié)作，每個人的職責不完全相同，遇到進行了合理的分工協(xié)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(xiàn)拖工或者不和諧的音符困難大家一起幫助解決，沒有出現(xiàn)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(jié)八、項目總結(jié)u 項目進行過程中我們也遇到一些困難，比如在改協(xié)議棧函項目進行過程中我們也遇到一些困難，比如在改協(xié)議棧函數(shù)的

16、時候，因為好多函數(shù)都是數(shù)的時候，因為好多函數(shù)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(shù)的作用和功能，所以我們還需要自己上網(wǎng)查資料或解函數(shù)的作用和功能，所以我們還需要自己上網(wǎng)查資料或者購買相關(guān)的書籍進行翻閱，了解，或者相應(yīng)的知識以后者購買相關(guān)的書籍進行翻閱，了解，或者相應(yīng)的知識以后，才進行合理的改動，最終也成功得到想要的結(jié)果。，才進行合理的改動，最終也成功得到想要的結(jié)果。八、項目總結(jié)八、項目總結(jié)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(jīng)結(jié)束