论文摘要
当前经济的迅速发展及工业化的迅速推进带来了工业废气和温室气体排放量的急剧增加,导致环境的进一步恶化和全球温度上升,不利于社会的可持续发展。人们迫切需求对大气环境开展监测和预报,以便采取更广泛、有效的措施控制污染。因此,建立大气环境的连续在线监测系统已成为当前十分重要的研究课题。本文在深入分析了红外传感技术和无线网络技术后,提出了针对城市大气环境构建监测与预警系统的设计方案。通过对测试原理和方法的充分论证,设计了差分吸收式红外气体传感器;开发了以CC2430无线单片机为核心的无线传感网络,包括无线通信与控制模块、A/D转换模块、红外传感器模块等软硬件的设计;完成了各软硬件模块的制作和分步调试;在集成开发环境IAR7.30B下完成了ZigBee协议栈的移植和节点程序的编写,在VC++6.0下完成了PC机监控软件的编写;最后分别完成了对红外气体传感器的标定、测试和对ZigBee无线网络的通信测试,并对整个系统的运行进行了初步测试。测试实验结果表明,红外气体传感器具备较高的分辨率和精度,其中CO2气体的测量精度达到0.3%,CH4气体传感器的测量精度为2%;无线模块之间可以实现网络通信,采集的传感器数据可以通过无线网络传输到监控机上,监控软件能够正确的显示和存储传感器节点采集的数据。由于本文设计的测试系统具有体积小、成本低、功耗低、响应速度快等优点,可以推广到矿井,石油,化工废气排放等环境下的气体监测,具有较高的实用性。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 课题的提出及意义1.2 国内外大气环境监测系统的发展及现状1.3 相关技术1.3.1 气体传感器技术1.3.2 无线网络技术1.4 论文主要内容和结构第二章 监测系统的主要理论基础及总体的设计方案2.1 红外吸收式传感器的气体测量原理2.1.1 红外吸收式气体测量原理2.1.2 红外差分吸收式气体传感器结构2.2 ZigBee技术2.2.1 ZigBee技术的特点和应用2.2.2 IEEE802.15.4标准规范2.2.3 ZigBee 规范2.2.4 网络拓扑结构2.3 系统总体方案设计2.4 本章小结第三章 测试系统硬件平台设计3.1 传感器模块电路的设计3.1.1 红外传感器光源的选型3.1.2 光源驱动电路设计3.1.3 光电探测器的选型3.1.4 红外探测器放大电路的设计3.2 微控制器及无线模块的核心电路设计3.2.1 CC2430芯片2.2.2 CC2430+CC2591无线模块的硬件电路3.2.3 JTAG 调试接口3.3 测试平台电路设计3.3.1 电源模块设计3.3.2 A/D 转换模块电路设计3.3.3 串行通信模块电路设计3.4 本章小结第四章 系统的软件设计4.1 数据采集与处理程序设计4.1.1 MAX1168程序的设计4.1.2 未确知有理数滤波程序设计4.1.3 电源电压和温度采集程序设计4.2 ZigBee协议栈4.2.1 协议栈的选择LRWPAN协议栈的应用'>4.2.2 MSSTATELRWPAN协议栈的应用4.3 节点软件结构4.3.1 IAR开发环境4.3.2 各节点软件结构4.4 PC 机监控软件部分设计4.4.1 基于VC 的应用程序设计4.4.2 基于数据库技术的程序设计4.5 本章小结第五章 系统的安装与测试5.1 电路板的制作与测试5.1.1 电路板的安装测试5.1.2 数据采集模块的测试5.2 红外传感器的试验5.2.1 光源驱动电路和探测器放大电路的调试5.2.2 红外传感器的标定5.3 无线通信及整机测试5.3.1 无线通信测试5.3.2 系统的整机运行测试5.4 本章小结第六章 总结与展望6.1 全文工作总结6.2 本文的主要贡献与创新6.3 展望参考文献致谢在学期间的研究成果及发表的学术论文附录 I 程序清单附录 II IAR设置附录 III 实物图
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