基于无线传感器网络室内环境监测系统设计-软件工程专业论文.docx

重庆大学硕 重庆大学硕士学位论文 目 录 PAGE PAGE IV 目 录 中文摘要I 英文摘要 II 1 绪 论 1 1.1 研究背景及意义 1 1.2 国外研究现状 1 1.3 国内研究现状 2 1.4 论文的研究内容与结构安排 3 1.4.1 主要研究内容 4 1.4.2 论文结构安排 4 1.5 本章小结 5 2 系统需求分析 6 2.1 系统需求分析 6 2.2 系统总体功能设计 7 2.2.1 室内环境信息采集功能 8 2.2.2 室内环境信息传输功能 8 2.2.3 室内环境信息处理功能 8 2.3 系统总体架构分析 8 2.4 系统安全架构设计 10 2.5 传感器网络系统总体结构设计 11 2.5.1 无线传感器网络拓扑结构设计 11 2.5.2 服务器结构部署设计 11 2.6 本章小结 13 3 系统总体设计 14 3.1 无线传感器网络监测系统的设计 14 3.2 设计选型理论依据 15 HYPERLINK \l _TOC_250002 3.3 ZigBee 无线传感器网络构建 20 HYPERLINK \l _TOC_250001 3.3.1 ZigBee 节点选型 20 3.3.2 无线传感器节点设计 21 HYPERLINK \l _TOC_250000 3.3.3 ZigBee 无线传感器网络的通信功能 22 3.4 本章小结 24 4 系统软件设计 25 4.1 编译环境和协议栈 25 4.2 系统网络设计 29 4.3 系统软件流程设计 32 4.4 ZigBee 网络组网的实现 35 4.4.1 ZigBee 网络节点加入流程 35 4.4.2 传感器驱动的实现 37 4.5 本章小结 39 5 系统实现和分析 40 5.1 系统的运行环境 40 5.2 测试的结果和分析 41 5.2.1 温度传感器测试 42 5.2.2 湿度传感器测试 43 5.2.3 一氧化碳传感器测试 44 5.3 系统性能分析 50 5.4 本章小结 50 6 总结与展望 51 6.1 全文总结 51 6.2 课题展望 51 致 谢 53 参考文献 54 重庆大学 重庆大学硕士学位论文 1 绪 论 PAGE PAGE 10 1 绪 论 1.1 研究背景及意义 无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）通常是指部署在检测区域 内的一些数据采集传感器构成的[1]，能够通过无线通信网络进行数据传输的一种具 有多跳特征的自组织网络。无线传感器网络可以互相协作，采集和处理各种可以 感知的对象信息，并且将其发送至上位机监控。在无线传感器网络中，网络的基 本元素就是各传感器，它们被部署在不同的位置[2]，并且采集、预处理、存储和传 送采集的对象数据到汇聚节点，这些传感器所采集到的数据可以包括无线网络覆 盖区域的各类环境信息，比如湿度、温度、空气浓度、光强度、噪声、水侵等一 些人们感兴趣的物质现象。无线传感器网络中的汇聚节点负责收集、汇总网络覆 盖区域的所有节点的数据，中心节点负责管理、组织传感器网络节点的作用[3]，汇 聚节点可以与其他的汇聚节点、功能模块单元共同构成一个功能更加强的网络， 比如 4G 通信模块、远程数据采集模块等，实现人们实时的监控环境信息。 目前，随着无线传感器节点传感器硬件的功能的改进和发展[4]，其已经在军事 战场指挥网络、土地环境监测、水源环境监测、交通管理、医疗卫生救治、工业 控制和抗震救灾等多个领域得到了广泛的应用，取得了良好的效果。通过安全无 线传感器网络节点，就可以实现实时化、自动化采集环境信息，扩展人类认知、 认识客观世界的渠道，进一步感知生活环境信息。 随着人们生活质量的提高，生活、工作、劳作等环境的重要性更加凸显出来， 并且由于智能化、科技化可以提高家庭安防、和谐的生活程度，因此无线传感器 网络在室内外也得到了广泛的应用。本文将无线传感器网络应用于室内环境监测 过程中，设计实现了室内环境监测系统数据采集模块的软件设计。系统用户可以 获取室内环境的温度、湿度、空气浓度等，该系统延伸就是能够将采集到这些信 息存储到相关的数据库中，以便为室内其他的智能化设备运行提供强大的保证， 实现室内环境的有效管理。比如，如果采集到室内环境的温度较高，可以将智能 中央空调调到适当的温度；如果室内环境的湿度较高，可用抽湿器进行除湿工作； 也可以发现室内环境的气体浓度异常，进行警告用户排除安全隐患。室内环境监 测已经成为智能家居生活的重要组成部分，可以为用户提供安全、舒适、便捷的 高质量劳作和生活空间，具有很重要的作用和研究意义。 1.2 国外研究现状 无线传感器网络是一种新发展起的网络，也是下一代传