基于无线传感网的湿度检测方法研究计算机专业.doc

基于无线传感网的湿度检测方法研究 摘要：本文总体介绍了无线传感器网络在湿度方面的应用。首先,什么是无线传感器网络,无线传感器网络的发展及其未来的探索。然后介绍了无线传感器网络的核心ZigBee技术,包括其技术特点，ZigBee协议栈结构和它的网络拓扑图。ZigBee网络图谱结构是网络的搭建核心，所以这块是非常重要的。在本章中，还介绍了Z-Stack。然后就是文章的主要部分，介绍了无线传感器网络的湿度传感器的整体硬件。并且附加各种原理图和流程图。紧接着就是系统的实现。最后是对文章的总结。 关键词：无线传感网、湿度传感器、ZigBee、多点湿度采集，Z-Stack Research on Humidity Detection Method Based on Wireless Sensor Network Abstract：This article introduces the application of wireless sensor network in terms of humidity. First of all, what is the development of wireless sensor networks, wireless sensor networks and its future exploration. Then introduces the core ZigBee technology of wireless sensor network, including its technical characteristics, ZigBee protocol stack structure and its network topology. The ZigBee network map structure is the core of the network, so this piece is very important. In this chapter, Z-Stack is also introduced. Then is the main part of the article, introducing the overall hardware of the humidity sensor of the wireless sensor network. And add a variety of schematics and flowcharts. Followed by the realization of the system. The last is a summary of the article. Key Words: Wireless sensor network, humidity sensor, ZigBee, multi-point humidity collection, Z-Stack 目录 前言 5 第一章【无线传感器网络】 6 1.1【无线传感器网络应用现状】 6 1.2【无线传感器网络未来展望】 7 第二章【ZigBee技术】 8 2.1【ZigBee的介绍】 8 2.2【ZigBee协议介绍】 8 2.3【ZigBee网络拓扑结构】 10 2.4【Z-Stack协议栈介绍】 11 2.5【ZigBee的特点】 11 第三章【系统硬件介绍】 13 3.1【主要硬件简介】 13 3.2【湿度传感器模块电路原理图】 16 3.3【数据汇聚模块（协调器）】 17 第四章【操作流程】 19 4.1【操作流程】 19 4.2【上位机（PC）监控界面】 20 4.3【信息采集流程】 22 第五章【结论】 24 5.1【总结】 24 5.2【展望】 24 致谢 26 参考文献 29 附录 31 前言 近年来，随着网络的快速发展，由网络延伸出来的的产品在各个领域都有建功，特别是物联网领域。在当今世界,物联网已经成为热门话题。。 随着物联网的快速发展，人工智能，智能家具等各项技术的发展与人们的生活密不可分。如今已经有十几家公司宣布，在未来几年将运行无人驾驶汽车。但估计时间更短,无人驾驶汽车将能够实现大规模生产。五个因素的影响下,人工智能技术的突破,汽车电动化规模、分享旅行的趋势,产业紧密结合的事实,法律法规计划，无人驾驶汽车量产时代将提前到来。 物联网是对象与对象之间的网络,对象之间的连接是智能的，便捷化，让本身不可能连接到一起的两个事物，成为可以交互的整体，未来，物联网也会慢慢将世界智能化，让人们生活在一个全智能时代。 物联网中的无线传感网技术是物联网的核心，无线传感网在我们的日常生活中所见到的还是比较多的，比如医疗健康、环境监测等等。本文主要讨论的是无线传感网络在环境中湿度的检测。 湿度影响着人们的生活，湿度高与低对人们的出行影响还是非常大的，它会使你皮肤难受，导致整天的心情压抑。也会对一些物品的储藏造成影响，如铁的生锈、蔬菜的腐烂等等。人们也在使用各种方法来检测调节湿度，以此使损失减都最少。 我国北方的天气比较干燥，而南方的天气是比较湿润的，所以在南方一些货物的存储就会用到湿度检测与调节，而无线传感器网络的湿度检测技术就应运而生了，无线传感网技术可以通过无线操控并查看湿度情况，然后实施调节，这样不仅省去了劳力，也为人们带了方便。 所以在未来将是以物联网为主导的智能世界。 第一章【无线传感器网络】 无线传感器网络由多个传感器组成的网络，无线传感器网络和传感器系统相比，具有以下几个特点： 第一，无线传感器网络节点需要省电。在无线传感器网络中，由于每个节点比较小，所以每个节点就只能用一点电，还能收到外界很多东西的影响，因为换电池比较贵，所以电量没有的话，节点就没啥用了。当一半以上节点能源耗尽并且失效时，整个无线传感网络也就失效了。所以想要网络的延长使用时间，就只能让节点省能量。 第二，无线传感器网络本来就有自己组织的特点。和有线的网络一比，无线传感器网络的特点就显出来了，它基本不需要人去干涉，一般情况下，每个节点可以相互连接,从而完成初始化、启动监控、自修复故障等。如果想要实现这些功能,自我组织能力是必要的。传感器节点可以感知下一节点的工作状态。通过两个节点之间的通信,可以清楚地知道网络拓扑结构的变化，从而对系统的正常运行的维护。 第三，无线传感器网络节点的布置是按安排来分配的。很多传感器的节点的安排，让每个节点都能照顾到自己的地方，这样就可以概括很大的地方。如果地方越大，那么每个部分监测到的数据差距越大，像这样的情况，整个地方的情况就不能以部分节点所测量的为代表了。因为传感器节点的价格比较便宜，所以我们可以在我们所需要测量的区域大范围覆盖，覆盖住区域的每一个角落，这样就可以得到整个地方比较精确的数据了，然后通过计算，可以大致了解整个区域的湿度情况了。 1.1无线传感器网络应用现状 这几年来，因为时代进步，行业的发展，无线传感网的各个设备的价钱也降低了很多，所以无线传感网被很多人使用。 1）环境监测 现如今地球的环境可谓是差的不能再差，而人类也在为治理环境而不懈努力。而无线传感器网络的问世，为检测环境带来了很大的便利，并且该技术不会伤害到环境中的一草一木，还能在监测环境的同时，监测一些其他的东西，如土壤成分，空气成分等。 2）医疗护理 无线传感器网络在医疗、护理方面也有研究。像电影里的情景，一个残疾人士坐着有传感技术的轮椅，在房间和街道上来去自如。 3）军事领域 由于无线传感器网络搭建的成本比较低，在军事上着有大规模的使用，比如：通讯、侦查敌情、军事物资的输送等，无线传感网在这些情况下，还是非常受欢迎的。 现在无线传感器网络还有着一些小问题： 1）网络内节点的通信问题。传感器网络在运行时，节点会因为一些障碍物的阻碍而导致通信的不通畅，甚至断掉通信。怎样能解决这个问题？ 2）延长传感器网络的使用寿命。目前,高能电池通常用来向节点供电，并且本身还需要降低功耗，也有靠着节点本身的运行发出的能量功能和无线充电功能，但目前技术上还不是太支持，也不太成熟。 1.2无线传感器网络未来展望 无线传感器网络在现在潜力还是挺大的，不仅仅在现在有很大的作用，在未来，还能应用在很多别的东西上，并且显示出它的特点，如家用、保健、交通等领域。将来，也可以在家中的一些电器设备或者其他的生活日常用品中加装微信传感器，以此来远距离控制家中的设备，达到真正的智能家居。 第二章【ZigBee】 2.1【ZigBee的介绍】 现今，物联网技术在飞快的发展着，与物联网相关的一些东西，如RFID、无线传感器网络也得到了非常快的发展。与此同时，很多无线网络传感器协议都慢慢走上正轨的道路，使用非常多,很多人喜欢协议ZigBee 2007协议,TI推出了完全兼容的SOC芯片CC2530协议,开发Z-Stack协议栈的相关软件,利用无线传感器网络协议使用更多的资源来获得自己的无线传感器网络。 ZigBee是一种标准,它定义了在短距离内传输低消耗无线通信所需的通信协议。基于ZigBee技术的无线网络用于868MHz,915MHz和2.4GHz,和最大数据传输率250kbps。下面是ZigBee在读者中的具体应用的一个具体例子。在医院,团队患者血压监测系统是ZigBee技术。他们将血压传感器和设备连接在一起,然后设备将信息发送到终身计算机。医生可以根据病人的血压数据做出正确的诊断。 2.2 Zigbee协议栈结构 ZigBee协议栈定义了四层。IEEE 802.15.4-2003定义定义了媒体访问控制层和物理层。上层网络层和应用层由ZigBee联盟定义。应用层是由ZDO(ZigBee设备对象),AP(应用支持子层)和AF(应用框架),分别。ZigBee协议栈的每一层都将根据指令执行任务,并向上层提供服务。每个层之间的接口由一个已定义的逻辑链路提供。 图2.2 Zigbee协议栈结构图 1) 物理层 物理层可以激活Rf收发器并关闭Rf收发器;信道评估、信道频率的选择和接收分组的链路质量；并且可以控制数据和接收与发送。 2) 媒体访问控制层 媒体访问控制（MAC）层在每个节点与旁边的节点中间做出了了一条用来传输数据的路线。媒体访问控制MAC层专门解决接入媒体等问题，在物理层面上解决没有丝毫差错的通信。MAC子层负责连接电脑和网络。 3) 网络层 网络层是基于底层的可通信，提供一些有用的功能,如转发和路由。ZigBee网络有几种网络拓扑结构,如星型、簇树网。但对于终端节点来说,网络层的功能非常简单。它只连接和离开网络。网络层具有多种功能,如信息转发、路由发现、路由表的建立和维护、节点路由任务的构造等；而网络层在协调器方面的功能就比较实际了，它的工作是给新加入的节点分配地址，还有开启和让网络在正常情况下运行。 4) 应用层 应用层包括三个功能:应用支持子层(APS),ZigBee设备对象(ZDO)和应用框架(AF)。应用层有两个核心功能,即数据和应用程序。数据是数据的管理和完成，应用就是将数据和应用相结合起来，不然光有数据是没用的，必须联合到实际应用上，比如现在的电网电表抄写，只需远程操控电表即可。 Zigbee设备对象负责几乎所有的管理任务：给设备下一个定义和协调器，路由器或终端，发现网络参数并确定这些设备可以提供的相应功能，并启动或响应请求设备和链接。 ，还必须在设备和设备之间建立安全关联。 在开发Zigbee产品时，用户必须将应用端点添加到Zigbee协议栈的FA中，ZigBee的ZDO功能可用于发现网络上的其他设备和服务并管理设置。网络。 ZDO功能是一个特殊的应用程序对象：每个Zigbee节点上的端点号是固定的，每个为0。 2.3 Zigbee网络拓扑结构 有三种拓扑结构:星