计算机专业 基于smartsnail开发板的温湿度传感器.docx

基于smarsnail开发板的温湿度 基于smarsnail开发板的温湿度 摘 要 摘要：无线传感器网络(WSN)是一个智能、独立的测量和控制网络系统，它可以执行特定于环境的任务，由许多小型传感器节点组成，具有通信和计算能力，这些节点位于无人监视的监视区域内许多传感器节点可以通过它们之间的分工，实时检测、监视和收集分布区内受监视对象或环境的信息。无线传感器网络的技术要求与传统网络大不相同，前者侧重于数据，后者侧重于数据传输。smart nail技术源于传感器网络技术的逐渐发展及其应用范围的扩大，以及对低功耗、低成本和更易于使用的无线传感器网络的需求。smart nail是一种短距离无线双向通信技术，具有简单协议、低功耗、高联网能力、高网络容量、短时间、安全性、可靠性和低成本等特性预计它将广泛应用于大众电子、家庭情报、工业控制、医疗设备控制和农业自动化等领域。 本文首先介绍了无线传感器网络的基本知识和研究现状；随后对smart nail协议进行了深入分析，并确定了每个级别的功能；随后，设计了smart nail节点模块和温度湿度检测模块，并根据这些硬件设计了具有基本功能的smart snail协议堆栈，提出了一种基于smart nail的网络算法。本文在此基础上设计了一个小型温湿度监测网络系统。最后总结论文并提出今后研究的方向。 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 无线传感器网络是一个智能自主测量和控制网络系统，它能够执行特定的环境任务，由遍布各地的大量具有通信和计算能力的小型传感器节点组成，这些节点被密集地放置在无人监视的监视区内。传感器网络根据smart snail联盟目前的设计，根据该标准生产的相关产品和技术主要应用于智能家居(照明控制、窗帘类型控制、房屋安全、供暖控制、内置家居控制解码器、通用遥控器)、环境检测和控制 工业和房地产自动化、安全监控、工业控制、传感器控制、停车场发票数据传输等。 1.1.2课题的意义 无线传感器网络由许多具有相同或不同功能的无线传感器节点组成，每个节点包括一个数据采集模块(传感器、a/d转换器)、一个数据处理和控制模块(微处理器、存储器)、一个通信模块(无线发射器-接收器)和一个电源模块(电池、能量转换器)无线传感器网络的组成和使用决定了它必须具有以下特性: (1)低功耗 无线传感器网络长期无人值守，与蓝牙等现有无线网络节点相比，网络节点的平均功耗更低。在某些工业监测应用中，装有钮扣电池的传感器必须在几个月甚至几年内不受监测地工作。 (2)低成本 无线传感器网络包含数千个节点，单节点价格可能会对系统成本产生重大影响。为了降低成本，需要设计简单的网络系统和通信协议，从而降低计算和存储需求。 (3)平凡化 无线传感器网络的许多应用，如无线行李信号板和集装箱定位系统，都要求这些系统在全球范围内运行。此外，还需要一个全球系统来提高产量和开放市场。 （4）网络拓扑 经典星形结构包含一个主节点和一个或多个从属节点。通信时，父节点和从属节点可以直接通信，节点之间的通信必须通过父节点进行。星形结构适用于某些较小的网络。 (5)安全 在某些应用程序中，网络安全性是必需的。无线传感器网络系统资源紧张，需要设计低成本通信协议，但也带来严重的安全问题。一方面，入侵者更容易通过拒绝服务(dos)进行攻击；另一方面，由于无线传感器网络系统资源有限以及节点之间的自主协调，很难实现严格的安全保护。由于成本低，一些无线传感器网络系统只能使用单频通信机制。 (6)实时 实时可用性是需要协作的无线传感器网络的关键机制。如果移动车辆的速度测量需要计算不同传感器之间的时间差异以检测事件，则声音源位置节点之间的时间同步由线束网络确定。提出了若干时间同步机制，其中RBS、tiny/mini-sync和tpsn被视为三种基本同步机制。 （7）情报 无线传感器网络系统有组织地执行用户定义的任务。系统必须考虑到环境的变化，并通过节点间的协作生成所需的输出。由于不需要人工干预工作流程，因此网络节点根据感知到的信息协同工作的方式反映了系统的智能。 1.2.本课题主要研究内容 本文档的目的是从一个协调员和多个路由器和端点创建smart nail网络。smart nail协议软件是根据smart nail v 1.0和IEEE 802 . 15 . 4标准开发的，以满足测量环境温度和湿度的要求。该条的主要任务如下: (1)分析IEEE 802 . 15 . 4和smart nail协议，了解smart nail技术的特点和通信原理，详细分析smart snail协议堆栈框架，并设计和