项目名称 项目所属 一级专业门类 项目实施时间 负责人 成 员 基于传感网络的室内环境安全监控系统 工学 项目所属 二级专业门类 起始时间：2012年10 月 完成时间： 2013年10 月 姓名 年级 学号 所在专业 联系电话 E-mail 申请人或申请团队 指导教师姓名 年龄 职务/职称 教师 单位 工号 联系方式 一、 项目简介（限200字） 本项目的名称为《基于传感网络的室内环境安全监控系统》，目标在于建立一个智能家居（Smart Home），一个能给人们带来最大程度的高效、便利、舒适与安全的生活环境。其通过排布在室内的光照，火焰，压力等传感器节点采集到的节点信息，实现对室内环境安全的监控管理，并对发生的特定事件能发出警报与实施自动调节，从而提升家居安全性、便利性、舒适性、艺术性，实现环保节能的居住环境。 智能家居效果图 二、 项目论证（1.本项目国内外研究现状述评及研究意义；2．本项目研究的主要内容、基本思路、研究方法、重点难点、基本观点和创新之处；3．前期相关研究成果和主要参考文献） 1.本项目国内外研究现状述评及研究意义: 国内外研究现状述评：随着生活水平的不断提高和科学技术的高速发展，人们越来越注重生活质量，对于突发事件的应急处理能力以及减少居住环境的能源消耗。环境安全监控和自我调节系统，已成为一个热门的研究领域。 由于传统的数据采集方式会给环境带来侵入性的破坏，同时采集的数据信息过大，所以无线传感网络的出现为随机性的研究数据提供了便利。Zigbee是一种价格低廉且低功耗、近距离的无线组网通讯技术。其特点是低复杂度、低功耗、低数据速率、支援大量网络节点和多种网络拓扑。Zigbee应用领域包括家庭和楼宇网络、公共场所的烟雾探测、工业中的传感器自动化控制等方面，非常适合传感器网络组网搭建。 研究意义：国内外研究人员对此进行了大量的研究，并将无线传感技术应用在不同领域，主要集中在环境监测和保护这一领域。我们将其应用到智能家居中，希望通过对传感器信息的处理来达到室内环境监控和自我调节的功能。 国内各大电器厂商推出的智能家居系统与标准主要是基于有线技术实现监控，而其由于不嫌麻烦，安装维护成本过高，扩展性差，移动性差等缺点，必然被无线技术淘汰，因此，基于无线传感的智能家居研究方向也是必然趋势。 2.本项目研究的主要内容： （1）基于Zigbee的无线组网应用层协议设计 基于z-stack协议栈搭建一个以CC2530系统芯片为核心的ZigBee无线网络系统，同时建立多个无线网络节点，实现各节点与其他节点的正常通信。 （2）实现基于CC2530芯片的传感器节点的接入 基于CC2530芯片的I/O口，实现将光照、火焰和压力等传感器嵌入到ZigBee无线网络系统的各个节点当中，并通过A/D转换器实现对传感器节点采集的信息进行模数转换，最终将数据传输到Zigbee的无线网络当中。 （3）实现传感器节点数据信息的采集与交互 这部分主要是要实现两方面的功能：一方面通过对Zigbee传输协议的设计实现数据在无线网络当中的正常通信，另一方面实现协调器对于各路由器节点采集的信息进行判断，并反向操控各传感器的采集频率。 （4）信息管理系统的设计与实现 基于C#编程，设计一个可以对数据进行多形式呈现的信息管理系统。该信息管理系统一方面可以根据各节点所发送的拓扑信息建立树形拓扑结构，另一方面又可以根据各传感器节点采集到的环境数据进行动态显示。 （5）基于GPRS与ARM板的警报系统的设计 设计并制作了这个基于ARM开发平台，利用GPRS网络获取通过CC2530芯片传输过来的传感器信息，并实现对特定事件发送彩信报警的远程无线监控系统。 基本思路： （1）基于Zigbee的无线组网应用层协议设计 基于Zigbee的无线组网应用层协议设计主要是通过完成以下来个内容来实现，即： 1.以路由算法为重点深入研究zigbee无线组网协议规范 2.以组网算法为重点深入研究zigbee无线组网协议规范 （2）实现基于CC2530芯片的传感器节点的接入 传感器节点的建立一般分为处理器模块、无线通信模块、传感器模块和电源管理模块四部分组成，在此我们可以利用CC2530芯片作为中介将传感器与网络进行连接。传感器接入图如下所示： 传感器接入图 （3）实现传感器节点数据信息的采集与交互 这一部分所涉及到的交互，主要是指协调器对从路由器传过来的信息进行判断，并做出一定的反应，回馈信息给路由器。但归根到底也是实现信息在无线网络中的传输。所以在这一部分当中，我们需要解决的主要问题是在如何无线网络当中实现数据的采集，发送与接收三个问题。 （4）信息管理系统的设计与实现 要完成这个信息管理系统的设计，一方面必须建立一个使用数据库（在本项目中基于传感器节点获取的数据量，我们选取Mysql数据库进行数据管理），另一方面必须建立一个便捷的系统管理系统，在这里由于C#集成大量类库，开发效率高.Net内封装了大量网络应用，数据库方面的类库，直接调用非常方便，支持串口，TCP编程等特点，我选择C#进行界面开发。 （5）基于GPRS与ARM板的警报系统的设计 GPRS模块TR800与微控制器STM32F103之间通过USART2这个串口进行数据通信，通过该串口，可以用标准的AT指令控制TR8000，以完成数据的无线发送。GPRS模块TR800内嵌彩信协议栈，支持彩信的收发，通过串口用AT指令控制模块工作，所以我们的目标是基于GPRS与ARM板搭建一个无线信息接收与彩信警报的系统。 研究方法： （1）基于Zigbee的无线组网应用层协议设计 1.以路由算法为重点深入研究zigbee协议规范的实现方法是： Zigbee的路由算法允许RN+节点使用AODVjr去发现一条最优路径—RN+节点收到分组后，发起A+ODVjr中的路由发现过程，找到一条通往目标节点的最优路径。基本路由算法的流程图如下图所示： 基本路由算法路程图 2.在本项目中设计的组网算法将主要针对点对点拓扑的簇树网络展开。在组网算法中，规定每一个节点建立的时候都会首先搜索是否已经有网络建立，如果存在则其将作为子节点加入到网络当中，否则其将作为父节点发起网络，组网算法图如下图所示： 组网算法图
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