基于smartsnail开发板的温湿度传感器电气工程专业.docx

基于smarsnail开发板的温湿度 摘 要 摘要：无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量无处不在的，具有通信与计算能力的微小传感器节点密集布设在无人值守的监控区域而构成的能够根据环境自主完成指定任务的“智能”自治测控网络系统。大量传感器节点通过相互之间的分工协作，可实时感知、监测和采集分布区域内的监测对象或周围环境的信息。无线传感器网络有着与传统网络明显不同的技术要求，前者以数据为中心，后者以传输数据为目的。随着传感器网络技术的逐步发展，它的应用也越来越广泛,无线传感器网络也被要求有更小功耗，更低成本，以及更方便使用的性能，在这种情况下，smartsnail技术应运而生。smartsnail技术是一种短距离无线双向通信技术，该技术拥有协议简单、功耗低、组网能力强、网络容量大、时延短、安全、可靠及成本低等优点，具有路径选择、自动连结网络及自我恢复等功能。预计将在消费类电子设备、家庭智能化、工控、医用设备控制、农业自动化等领域获得广泛应用。 本文首先介绍了无线传感器网络的基础知识和研究现状；然后深入分析了smartsnail协议，给出了各层的功能；之后，设计了smartsnail节点模块和温湿度传感模块，并在此硬件基础上设计了具有基本功能的smartsnail协议栈，同时提出了一种基于smartsnail的组网算法，通过扫描信道、建立网络和建立节点间的关联三个步骤构建了一个简单的网络层，实现了无线传感器组网功能；在此基础上本文设计一个小型的温度湿度监控网络系统；最后，对论文进行总结，提出今后的研究工作方向。 关键字：smartsnail；温湿度传感器；无线通信；无线温湿度传感器系统 Abstract Abstract：Wireless sensor networks (Wireless Sensor Network, WSN) is composed of a large number of ubiquitous，tiny sensor nodes have the ability to communicate with the intensive computing laid in the monitored area unattended constituted able to complete the assigned tasks independently according to the environment "smart" autonomy and control network system. A large number of sensor nodes through the division of labor between them, real-time sensing, monitoring and gathering information on the distribution area of the object or the surrounding environment. Wireless sensor networks and traditional networks have distinct technical requirements , the former data-centric , the latter for the purpose of transferring data . With the gradual development of sensor network technology, its applications are increasingly widespread , wireless sensor networks are also required to have a smaller power consumption, cost, and performance is more convenient to use, in this case , smartsnail technology to be shipped born. Smartsnail technology is a short -range wireless two-way communication technology that has the protocol is simple , low power consumption, strong networking capabilities, network capacity, time is short , safe, reliable and low cost, with a path selection, automatic link networks and self-recovery capabilities. It is expected to be widely used in consumer electronic devices, intelligent home , industrial , medical equipment control , automation , and other fields of agriculture. This paper introduces the basic knowledge and research of wireless sensor networks ; and in-depth analysis of the smartsnail protocol , given the function of each layer ; then designed smartsnail node module temperature and humidity sensor module , and is designed on the basis of this hardware the smartsnail protocol stack has the basic functions , while networking algorithm is proposed based on smartsnail , by scanning channel , networking and the establishment of three steps associated nodes to build a simple network layer , to achieve a wireless sensor network function ; on this basis, we design a small temperature and humidity monitoring network system ; Finally, the paper summarizes the proposed future research directions. Key words:smartsnail;Wireless Temperature And Humidity Seneor System;Wireless Communication 目录 第一章 绪论 4 1.1.课题的提出和意义 4 1.1.1课题的提出 4 1.1.2课题的意义 4 1.2.本课题主要研究内容 5 1.3 论文结构 5 第二章 整体方案设计 6 2.1.方案设计架构 6 2.2.传感器的选择 6 2.3.1 smartsnail主要特性 7 2.3.2smartsnail网络拓扑结构 7 2.2.3smartsnail网络工作模式 8 2.2.4主要功能 8 2.3程序的编写及验证 10 2.3.1温湿度监测点主程序设计 10 2.3.2温湿度读取程序设计 10 2.4手机与模块的互联 12 第三章 硬件设计 12 3.1ESP8266核心最小系统 12 3.2.温湿度传感器 12 3.3.OLED显示屏 15 第四章 软件设计 16 4.1.编译语言和编译思想 16 4.2软件设计 17 第五章 软硬件的调试 19 5.1.硬件的调试 19 5.1.1 静态调试 19 5.1.2 动态调试 19 5.2.软件系统的导入 19 5.2.1 监测点调试软件说明 20 5.2.2 温湿度监测节点和汇聚点程序的调试 20 5.2.3 上位机程序的调试 20 5.3.软硬件总体的调试 24 5.3.1 通信成功率测试 24 5.3.2 温湿度数据偏差测试 24 第六章 总结 24 致谢 26 参考文献 27 第一章 绪论 1.1.课题的提出和意义 1.1.1课题的提出 无线传感器网络是由大量无处不在的，具有通信与计算能力的微小传感器节点密集布设在无人值守的监控区域而构成的能够根据环境自主完成指定任务的“智能”自治测控网络系统。无线传感器网络是一种特殊的Ad-Hoc网络，与传统的网络相比，它是一种以数据为中心的自组织无线网络。根据smartsnail联盟目前的设想，根据该标准和技术生产的相关产品主要适用于：智能家居（照明控制、各类窗帘控制、家庭安防、暖气控制、内置家居控制的机顶盒、万能遥控器）、环境检测与控制、自动读表系统、烟雾传感器、医疗监控系统、大型空调系统、工业和楼宇自动化、安全监控、工业控制、传感器控制、停车计费数据传输等诸多领域。 1.1.2课题的意义 无线传感器网络是由许许多多功能相同或不相同的无线传感器节点组成，每一个传感器节点由数据采集模块（传感器、A/D转换器）、数据处理和控制模块（微处理器、存储器）、通信模块（无线收发器）和供电模块（电池、DC/AC能量转换器）等组成,无线传感器网络的组成及使用决定了它应该具备以下多项特点： （1）低功耗 无线传感器网络长期在无人值守的状态下工作，要求网络中节点的平均能耗比现有无线网络（如Bluetooth）中节点的能耗更低。在一些工业监控应用中，装备纽扣电池的传感器需要在无人值守的情况下工作几个月甚至几年。 （2）低成本 无线传感器网络由成千上万的节点构成，单个节点的价格将极大地影响系统的成本。为了达到降低成本的目的，需要设计对计算和存储能力要求较低的简单的网络系统和通信协议。 （3）通用性 无线行李标牌、集装箱定位系统等无线传感器网络的许多应用需要系统能够在世界范围内正常工作。此外，为了扩大生产规模、开拓市场，一个能在全球范围内正常运转的系统也是必要的。 （4）网络拓扑 传统的星形结构包含一个主结点，一个或多个从节点。在通信时，主结点与从节点可以直接通信，从节点间的通信需要依靠主节点转发。星型结构适合在一些小规模网络中使用。 （5）安全 在一些应用中，网络的安全是必需的。无线传感器网络系统具有严格的资源限制，需要设计低开销的通信协议，但同时也会带来严重的安全问题。一方面，入侵者可以比较容易的进行服务拒绝攻击（Denial Of Service，DOS）；另一方面，无线传感器网络系统的资源严格受限以及节点间自组织协调工作的特点使其难以实现严密的安全防护。由于低成本的限制，一些无线传感器网络系统只能采用单频率通信机制【3】。 （6）实时性 实时性是需要协同工作的无线传感器网络系统的一个关键机制。如测量移动车辆速度需要计算不同传感器检测事件时间差，通过波束阵列确定声源位置节点间的时间同步。目前已提出了多个时间同步机制，其中RBS，TINY/MINI-SYNC和TPSN被认为是三个基本的同步机制。 （7）智能性 无线传感器网络系统通过自组织的方式来完成用户指定的任务。系统需要感知环境变化，通过节点间的协同工作来产生需