【摘要】：空氣中的可吸入顆粒物濃度,尤其是PM2.5,一直是評(píng)價(jià)空氣質(zhì)量好壞的重要指標(biāo)。這些顆粒物長(zhǎng)期懸浮在空氣中,很難消散,并且這些顆粒物本身吸附著大量的重金屬、細(xì)菌等有毒物質(zhì),不僅降低了大氣能見度,而且對(duì)人類的身體健康造成很大危害。傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方法如稱重法、篩分法等,自動(dòng)化程度和檢測(cè)精度都比較低,已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代社會(huì)對(duì)可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)的要求,因此,為了提升系統(tǒng)的自動(dòng)化程度和檢測(cè)精度,本文采用根據(jù)光的散射原理制成的傳感器GP2Y1010AU0F完成對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集,采用ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸,并設(shè)計(jì)了上位機(jī)監(jiān)測(cè)平臺(tái),完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:一、無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)研究詳細(xì)分析無線通信技術(shù)當(dāng)中ZigBee技術(shù),包括ZigBee的設(shè)備類型、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作模式、地址分配模式、數(shù)據(jù)傳輸方式以及ZigBee協(xié)議架構(gòu)。在深入研究ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,結(jié)合GPRS技術(shù),確立了可吸入顆粒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的整體方案。二、完成可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用CC2530作為主控芯片,完成節(jié)點(diǎn)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。終端節(jié)點(diǎn)的硬件電路包括處理器模塊、傳感器模塊、JTAG接口電路和電源模塊;ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)的硬件電路包括處理器模塊、JTAG接口電路、GPRS無線通信模塊、SIM卡電路、GPRS電源模塊。三、完成可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)在Z-STACK協(xié)議棧的基礎(chǔ)上完成了下位機(jī)節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與傳輸;提出一種改進(jìn)的節(jié)能路由算法—DE-LEACH算法,加入了距離和剩余能量因素,通過仿真實(shí)驗(yàn)證明該算法可以有效延長(zhǎng)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行壽命;采用LABVIEW軟件完成系統(tǒng)監(jiān)測(cè)平臺(tái)的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的圖形化顯示。四、系統(tǒng)整體測(cè)試與分析對(duì)可吸入顆粒物監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能進(jìn)行測(cè)試,包括節(jié)點(diǎn)的通信能力測(cè)試、ZigBee-GPRS網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)性能測(cè)試和上位機(jī)軟件測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,節(jié)點(diǎn)通信能力強(qiáng),節(jié)點(diǎn)之間組網(wǎng)快速、可靠,傳輸數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)性;上位機(jī)軟件運(yùn)行穩(wěn)定,能夠?qū)崟r(shí)顯示監(jiān)測(cè)信息。本系統(tǒng)不僅具有較高的自動(dòng)化程度,還具有較長(zhǎng)的使用壽命,更加方便用戶使用。
[Abstract]:The concentration of respirable particulates in air, especially PM2.5, has been an important index to evaluate air quality. These particles are suspended in the air for a long time, it is difficult to dissipate, and the particles themselves absorb a large number of heavy metals, bacteria and other toxic substances, not only reduce the visibility of the atmosphere, but also cause great harm to human health. Traditional monitoring methods, such as weighing method, screening method and so on, have low degree of automation and detection precision, which can no longer meet the requirements of modern society for the monitoring of respirable particulates. Therefore, in order to improve the degree of automation and detection accuracy of the system, Based on the principle of light scattering, the sensor GP2Y1010AU0F is used to collect the monitoring data, the ZigBee wireless sensor network technology is used to transmit the monitoring data, and a monitoring platform is designed to display the monitoring data in real time. The main contents of this paper are as follows: 1. The research of wireless sensor network communication technology including ZigBee technology, including the type of ZigBee device, topology, working mode, address allocation mode, wireless sensor network communication technology research and detailed analysis of wireless communication technology, including the type of equipment, topology, working mode, address allocation mode, Data transfer mode and ZigBee protocol architecture. Based on the research of ZigBee wireless sensor network and GPRS technology, the whole scheme of inhalable particle monitoring system is established. Secondly, the hardware system design of the PM monitoring system is completed. CC2530 is used as the main control chip, and the hardware system structure of the node is designed. The hardware circuit of terminal node includes processor module, sensor module, JTAG interface circuit and power supply module. The hardware circuit of ZigBee-GPRS gateway node includes processor module, JTAG interface circuit, GPRS wireless communication module, SIM card circuit and GPRS power module. Third, the design of the software system of the respirable particulates monitoring system is completed. Based on the Z-STACK protocol stack, the software design of the lower computer node is completed, and the data collection and transmission are realized. In this paper, an improved energy-saving routing algorithm, DE-LEACH algorithm, is proposed. The distance and residual energy factors are added to the algorithm. The simulation results show that the algorithm can effectively prolong the network life. LABVIEW software is used to complete the design of the system monitoring platform and realize the graphical display of the data. Fourth, the whole system tests and analyses the function of the PMMS, including the communication ability test of the node, the performance test of the ZigBee-GPRS gateway node and the software test of the host computer. The experimental results show that the nodes have strong communication ability, fast and reliable networking between nodes, real-time transmission of data, and the host computer software runs stably and can display monitoring information in real time. The system not only has a higher degree of automation, but also has a longer service life, more user-friendly.
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP212.9;TN92;TP274

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本文編號(hào)：2301151