基于无线传感网的冷库环境参量监控系统电子信息工程毕业设计终稿

本 科 毕 业 论 文题目： 基于无线传感网的冷库环境参量监控系统 学院： 电子信息工程学院 班级： 电信 12-2 班 姓名： 李 杰 指导教师： 邓翔宇 职称： 教授 完成日期： 年 月 日兰 州 工 业 学 院 本 科 毕 业 论 文- I -摘 要温度控制系统广泛应用于社会生活的各个领域,又由于近年来,数字家庭、无线通信、无线控制、无线定位、无线组网和移动连接等词语的频频映入我们的眼帘，灌入我们的耳朵。正是由于 IT 产业的高速发展、网络的普及、产品的智能化以及单片机强有力的功能拓展，才使得它们逐渐来到我们的身边，进入我们的生活。日益相关的信息报道足以预测这些新技术必将具有强大生命力和广阔的市场前景。本文设计完成的环境参量监测平台可以针对现实中的众多场合实施有效地信息监测，于遇到一些异常数据的情况，可以显示冷库信息及时对异常信息报警，并将数据实时存储到数据库中，备日后分析。总体来讲，该监测平台可靠性高、稳定性强、能耗低，操作简单方便，可应用领域广，达到了预期设计的要求。关键词：冷库环境 无线传感网兰 州 工 业 学 院 本 科 毕 业 论 文 格 式 规 范- II -AbstractTemperature control system is widely used in various fields of social life, and because in recent years, digital home, wireless communication, wireless control, wireless positioning, wireless network and mobile connection words frequently greet our eyes, poured into our ears. It is because of the rapid development of IT industry, the popularity of the network, the product of intelligent and powerful function of the MCU development, so that they gradually come to our side, into our lives. Increasingly relevant information is sufficient to predict these new technologies will have a strong vitality and broad market prospects.In this paper the design of environment parameters monitoring platform can be in view of the reality of the numerous occasions implementation to effectively monitor information, to meet some abnormal data, can display the cold storage information in a timely manner to the abnormal information of alarm, and real-time data storage to the database, analysis in the future. Generally speaking, the monitoring platform has high reliability, strong stability, low energy consumption, simple and convenient operation, can be widely used in the field, to achieve the desired design requirements.Key Words: Cold storage environment Wireless sensor network兰 州 工 业 学 院 本 科 毕 业 论 文- III -目 录摘要Abstract引言1 绪 论1.1 课题背景与意义1.2 无线传感网络概述1.2.1 无线传感网络的系统结构1.2.2 无线传感网络的特点1.3 基于无线传感网络的研究内容2 系统总体设计2.1 系统总体方案2.2 冷库环境参量采集系统设计2.2.1 冷库温度的采集2.2.2 冷库湿度的采集2.3 参量的无线传输2.4 系统显示及控制电路2.5 参量超限报警电路3 系统硬件设计与实现3.1 温度采集模块3.1.1 DS18B20 介绍3.1.2 单总线介绍3.2 湿度采集模块3.2.1 HIH3610 介绍3.2.2 A/D 转换电路3.3 无线收发模块3.3.1 无线收发芯片的选择3.3.2 PTR8000 简介3.3.3 PTR8000 的工作过程3.3.4 PTR8000 的编程过程3.4 LCD 显示模块3.4.1 字符型液晶显示模块3.4.2 字符型液晶显示模块引脚3.5 主控制单元的设计兰 州 工 业 学 院 本 科 毕 业 论 文 格 式 规 范- IV -3.4.1 单片机的选型3.4.2 电源电路设计3.4.3 AT89S52 复位电路设计3.4.4 晶振电路设计4 软件部分的设计与实现4.1 温度检测模块的软件设计4.1.1 温度数据的发送流程图4.1.2 温度数据的处理方法4.2 发射模块的软件设计4.2.1 PTR8000 发射程序设计4.2.2 PTR8000 发射及接收过程结论与展望致 谢参考文献附录 A 基于无线传感网络的冷库环境监控系统的原理图附录 B 一篇引用的外文文献及其译文附录 C 主要参考文献的题录及摘要附录 D 源程序兰 州 工 业 学 院 本 科 毕 业 论 文第一章 绪 论1.1 课题背景与意义冷库是发展冷藏业的基础设施，也是在低温条件下贮藏货品的建筑群。食品保鲜主要以食品冷藏链为主，将易腐畜禽、果蔬、水产、速冻食品经过预冷、加工、储存和冷藏运输，有效地保持食品的外观、色泽、营养成分及风味物质，达到食物保质保鲜，延长食品的保存期为目的，起到调剂淡、旺季市场的需求并削减生产与销售过程中经济损耗的作用。随着市场经济的不断发展、现代物流系统的不断完善，食品冷藏链的产业化发展前景十分广漠。近几年来，我国冷库扶植成长十分迅速，首要分布在各水果、蔬菜生产区和大中城市郊区的蔬菜基地。据统计，国内现有冷冻冷藏能力已达 500 多万 t，此中外资、中外合资和个体冷库约占 50 万 t，国有冷库 450 多万 t，分属于内贸、农业、外贸和轻工系，此中内贸系统冷库容量达 300 多万 t，占国内总量的 60%以上。我国商业系统拥有果蔬储藏库面积达 200 多万平米，仓储本领达 130 多万 t，此中机械冷藏库 70 多万 t，通俗库为 60 多万 t。果品蔬菜保鲜平常采用最低温度为-2 的高温库，水产、肉食类保鲜采用温度在-18以下的低温库，而我国的贮藏冷库大多数为高温库。大型冷库一般采用以氨为制冷剂的集中式制冷系统，冷却设备多为排管，系统复杂，实现自动化控制难度大。小型冷库一般采用以氟里昂为制冷剂的分散式或集中式制冷系统。在建造方面以土建冷库偏多，自动化控制水平普遍较低。装配式冷库近几年来有所发展。伴随着社会的进步和生产的需要，利用无线传输技术对环境数据进行监控传送的方式已经渗透到社会生活生产的每一个角落，温度测量的准确度在影响生产效益的同时也在逐步得到社会的重视。 在冷库现场，由于存储环境因素，工作人员不能长时间停留在现场观察设备是否运行正常，就需要采集数据并传输数据到一个环境相对好的操控室内，工作人员可以在这里将控制指令传输给现场执行模块进行各种操作。这样就会产生数据传输问题，由冷库厂房大、需要传输数据多，使用传统的有线数据传输方式就需要铺设很多很长的通讯线，浪费资源，占用空间，可操作性差，出现错误换线困难。而且，当数据采集点处于运动状态、所处的环境不允许或无法铺设电缆时，数据甚至无法传输，此时便需要利用无线传输的方式进行数据采集。 在日常生活中，随着人们生活水平的提高，居住条件也逐渐变得智能化。如今很多家庭都会安装室内温度采集控制系统，其原理就是利用无线通信技术采集室内温度兰 州 工 业 学 院 本 科 毕 业 论 文 格 式 规 范- 2 -数据，并根据室内温度情况进行遥控通风等操作，自动调节室内温度湿度，可以更好地改善人们的居住环境。 以上只是简单列举几个现实的例子，在现实生活中，这种温度采集系统已经被成功应用于工农业、环境监测、军事国防、机器人控制等许多重要领域，而且类似于这种环境参量采集系统的无线通信网络已经被广泛的应用到民用和军事领域。因此，对于如何利用无线通信技术进行冷库环境数据采集，尤其是如何提高无线数据采集的精度等课题的研究就变得非常的有意义。1.2 无线传感网络概述1.2.1 无线传感网络的系统结构无线传感器网络的系统结构如图 1.1 所示，一般包括传感器节点（ sensor node）、汇聚节点（sink node）和管理节点（ management node）。大量传感器节点随机部署在被监测区域内或非 常靠近被监测区域的地方，通过自组织方式构成网络，传感器节点将监测的数据经过多跳后路 由传输到汇聚节点，汇聚节点通过公共通信网络（如互联网、卫星等）将数据发送到管理节点。 监测者通过管理节点对传感器网络进行管理和配置、发布检测任务、收集监测数据。图1.1 无线传感器网络结构图 传感器节点通常是一个微型的嵌入式系统，由于受到体积、价格和电源供给等因素的限制，它的处理能力、存储能力和通信能力较弱，通常只与自身通信范围内的邻居节点交换数据， 通过携带能量有限的电池供电。要访问通信范围以外的节点，必须使用多跳路由。为了保证采 集到的数据信息能够通过多跳送到汇聚节点，节点的分布要相当密集。从网络功能上看，每个 传感器节点都具有信息采集和路由的双重功能，兰 州 工 业 学 院 本 科 毕 业 论 文除了进行本地信息收集和数据处理外，还要存 储、管理和融合其他节点转发过来的数据，同时与其他节点协作完成一些特定任务。汇聚节点通常具有较强的处理能力、存储能力和通信能力，它既可以是一个具有增强功能 的传感器节点，有足够的能量供给和内存与计算资源，也可以是没有监测功能仅带有无线通信1.2.2 无线传感网络的特点无线传感器网络是一种“智能”网络，与目前常见的无线网络包括移动通信网、无线局域 网、蓝牙网络等有相似之处，但同时也存在很大的差别。传统无线网络的首要设计目标是 提供高服务质量和高效的带宽利用，其次才考虑节约能源，而无线传感器网络的首要设计目标 是能源的高效使用。无线传感器网络具有以下主要特点：(1) 传感器节点数目大，密度高 为了获取精确信息，在监测区域通常部署大量传感器节点，传感器节点数量可能达到成千上万，甚至更多。大量节点能够增大覆盖的监测区域，减少盲区。(2) 传感器节点的能量、计算能力和存储容量有限 随着传感器的微型化，在设计中大部分节点的能量靠电池供电，其能量有限，而由于条件限制，难以在使用中给节点更换电池，所以传感器节点的能量限制是整个无线传感器网络设计 的瓶颈，它直接决定了网络的工作寿命；另一方面，传感器节点的计算能力和存储能力都较低， 使得其不能进行复杂的计算和数据存储。(3) 无线传感器网络具有自组织能力 在传感器网络应用中，通常情况下传感器节点被放置在没有基础结构的地方。传感器节点的位置不能预先精确设定，节点之间的相互邻居关系预先也不知道，这样就要求传感器节点具 有自组织的能力，能够自动进行配置和管理。(4) 传感器节点具有数据融合能力 在无线传感器网络中，由于传感器节点的数目大，很多节点会采集到具有相同类型的数据，因而通常要求其中的一些节点具有数据融合能力，能对来自多个传感器节点采集的数据进行融 合，再送给信息处理中心。数据融合可以减少冗余数据，从而可以减少在传送数据过程中的能 量消耗，延长网络的寿命。(5) 动态的的网络 传感器网络的拓扑结构可能因为下列因素而改变：环境因素或电能耗尽造成的传感器节点出现故障或失效；环境条件变化可能造成无线通信链路带宽变化，甚至时断时通；传感器网络 的传感器、感知对象和观察者这三要素都可能具有移动性；新节点的加入。这就要求传感器网 络系统要能够适应这种变化，具有动态的系统可重构性。兰 州 工 业 学 院 本 科 毕 业 论 文 格 式 规 范- 4 -1.3 基于无线传感网络的研究内容本文中我们主要研究了无线传输技术在整个系统中所起的关键作用，对温度传感器的选择，主控单元的设计以及一些外围电路的设计，使之各分模块能更好的融入整个系统，使系统更协调的工作，同时考虑了方案的可行性、可靠性及经济性。系统的无线收发模块采用了 nRF905 射频芯片，并有低功耗单片机 AT89S52 控制实现短距离无线数据通信。该接口设计具有成本低、功耗低、传输速率高、软件设计简单以及通信稳定可靠等特点。整个系