發(fā)布時間：2020-12-18 12:54

　　高校實驗室存放著許多精密的科研儀器和一些易燃、易爆的實驗物品,而且實驗室使用頻繁,容易造成突發(fā)性事故的發(fā)生,在嚴重威脅到科研人員人身安全的同時,也給學校帶來巨大的財產(chǎn)損失。因此,如何保證實驗器材安全可靠,保證危險物品安全存放,盡可能消除對人身和財產(chǎn)的安全隱患,已經(jīng)成為社會關(guān)注的問題。在此背景下,本文設(shè)計了智能實驗室監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)通過ZigBee無線通信技術(shù),實現(xiàn)實驗室環(huán)境的全覆蓋。通過使用溫濕度傳感器、光照度傳感器、火焰?zhèn)鞲衅�、氣體傳感器、人體紅外傳感器等多種傳感設(shè)備對實驗室環(huán)境進行監(jiān)測。通過由ZigBee模塊和WiFi模塊組成的網(wǎng)關(guān)完成終端與上層應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)傳輸,結(jié)合OneNET物聯(lián)網(wǎng)開放平臺的數(shù)據(jù)接收與處理能力,實現(xiàn)整個系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測功能。與傳統(tǒng)的監(jiān)控系統(tǒng)相比,本系統(tǒng)使用無線通信技術(shù)和各種傳感器,可解決傳統(tǒng)監(jiān)控系統(tǒng)中布線困難、適應(yīng)性不強等問題。通過測試,在ZigBee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的有效覆蓋空間內(nèi),傳感網(wǎng)絡(luò)能夠很快建立起來,并可以實時有效的進行數(shù)據(jù)采集和傳輸。系統(tǒng)安裝維護簡單,用戶界面友好,并且具有良好的可擴展性,能夠及時發(fā)現(xiàn)各種安全隱患從而保障實驗室的正常使用,降低管理人員的工作強... 

【文章來源】： 袁蘭停 江西師范大學

【文章頁數(shù)】：53 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

實驗室監(jiān)測系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

?壬璞鋼校?迪指骼嗌璞?之間隨時隨地的進行通信[21-22]。LoRa是由Semtech公司開發(fā)的一種擴頻技術(shù)，主要在868MHz、915MHz、433MHz3個頻段中進行工作[23]，具有通信距離長、功耗低、容量大的優(yōu)點，是一種新的無線通信技術(shù)[24]。LoRa的通信范圍在2km至5km，在沒有遮擋物的情況下通信距離可以達到15km，其通信范圍主要受所處環(huán)境和天線的影響[25-26]。ZigBee技術(shù)是一種短距離、低功耗、傳輸速率低、模塊價格低的無線通信技術(shù)，常被用于各種自動控制和遠程控制領(lǐng)域中[27-28]。常見無線通信協(xié)議在傳輸距離和傳輸速率方面的對比如圖2-2所示。其中的WirelessUSB和Cellular分別用來傳輸視頻和音頻，這里就不具體介紹。圖2-2常見無線通信協(xié)議對比智能實驗室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要通過無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)對實驗室環(huán)境參數(shù)的檢測與傳輸，監(jiān)測是否有火災(zāi)發(fā)生并發(fā)出警報，其數(shù)據(jù)傳輸量比較小，ZigBee無線通信技術(shù)主要應(yīng)用在距離短、對功耗要求低、不需要高速的傳輸速率的各種

9智能實驗室監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計圖2-3ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)星型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)比較簡單，只包含一個協(xié)調(diào)器節(jié)點和許多終端設(shè)備節(jié)點，協(xié)調(diào)器在網(wǎng)絡(luò)中處于中心位置，每個終端節(jié)點只能和協(xié)調(diào)器節(jié)點進行通信。如果兩個終端設(shè)備節(jié)點之間需要進行通信就必須通過協(xié)調(diào)器節(jié)點進行信息的轉(zhuǎn)發(fā)。當網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點處于正常工作狀態(tài)時，如果有一個終端節(jié)點出現(xiàn)問題無法進行正常工作，不會影響其他節(jié)點的工作狀態(tài)，這就提高了整個網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性。樹型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)是一個三層結(jié)構(gòu)，下面一層是由終端節(jié)點構(gòu)成，中間一層是路由器節(jié)點，上面一層是協(xié)調(diào)器節(jié)點。協(xié)調(diào)器下連接一系列的路由器節(jié)點和終端設(shè)備節(jié)點，同時，協(xié)調(diào)器的子節(jié)點路由器也可以連接一系列的路由器節(jié)點和終端設(shè)備節(jié)點，這樣連接方式可以重復多個層級。網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)同樣包含協(xié)調(diào)器、路由器和終端設(shè)備三種設(shè)備類型。網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)比較復雜，但協(xié)調(diào)器仍然是整個網(wǎng)絡(luò)的中心，控制著整個網(wǎng)路。通過網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)可以擴大傳輸距離，這是因為其網(wǎng)絡(luò)中的路由器節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點之間可以進行各種自由多變的連接。2.2.3ZigBee協(xié)議規(guī)范簡介ZigBee規(guī)范標準定義了在IEEE802.15.4物理層和介質(zhì)訪問層基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層。在應(yīng)用層內(nèi)又分為應(yīng)用支持子層和ZigBee設(shè)備對象，應(yīng)用框架中則加入了用戶自定義的應(yīng)用對象[42]�？傊琙igBee協(xié)議可以分為四層：物理層(PHY)、媒體訪問控制層(MAC)、網(wǎng)絡(luò)層(NWK)及應(yīng)用層(APL)[43]。如圖2-4所示。

【參考文獻】：
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本文編號：2924032