1、天津理工大学本科毕业设计选题审批表 届： 学院：自动化 专业：自动化 年 月 日 学生姓名 学号 指导教师 职称 讲师 所选题目 基于无线网络 的家居空气质量 多点 实时 监测 系统 题目来源 科学技术选题理由 （选题意义、拟解决的问题、对专业知识的综合训练情况等， 不少于 200字 ）： 1 选题意义：无线传感器网络 是 一种 分布式传感网络 ， 它的末梢可以是感知 和 检查外部世界的传感器， 无线传感器网络中的传感器 通过无线方式 通信 ， 因此 网络设置灵活， 设备 位置可以随意更改， 还可以跟互联网进行有线 或无线方式 的 连接 ，因而 拥有广阔的应用前景 。本课题设计基于 无线传感器
2、的 家居空气质量 多点实时监测 系统，目的 实现对家居空气质量多点实时监测的功能。 2 拟解决的问题：（ 1）无线传感器网络各检测 节点 （如 温湿度传感器 DHT11、 烟雾传感器MQ 2 等 ） 的检测原理 ； （ 2）无线传感器网路 中 协调器 与终端 节点 的组网 及 调试 ； （ 3）主控机 LCD 液晶屏 的显示 ； （ 4） 对 zigbee 协议栈的分析及 应 用 ； 3对专业知识的综合训练情况：本课题主要是对无线传感器网络及 空气质量监测系统 的 研究 。系统在单片机 上运行 zigbee 协议栈以解决各个节点之间的 通信问题 。 其中有：学习使用zigbee 协议栈的 原理
3、 ，仿真器的调试，串口调试，以及 IAR Embedded Workbench， proteus，zigbee Sensor Monitor 软件的使用等。 签字： 年 月 日 指导教师意见 教研室主任意见 教学院长意见 签字： 年 月 日 签字： 年 月 日 签字： 年 月 日 注： （ 1）“选题理由”由拟题人填写。 （ 2）本表一式二份，一份学院留存，一份发给学生，最后装订在毕业设计说明书（毕业论文）中。 天津理工大学教务处制表 天 津 理 工 大 学 本科毕业设计任务书 题目： 基于无线网络的家居空气质量多点实时监测 系统 学生姓名 届 学院（系） 自动化 专业 自动化 指导教师 职称
4、 讲师 下达任务日期 年 月 日 天津理工大学教务处制 一、毕业设计内容及要求 毕业设计内容： 无线传感器网络 是 一种 分布式传感网络 ， 它的末梢可以是感知 和 检查外部世界 的传感器， 无线传感器网络中的传感器 通过无线方式通信 ， 因此 网络设置灵活， 设备 位置可以随意更改， 还可以跟互 联网进行有线 或无线方式 的 连 接 ， 因而拥有 广阔的应用前景。 传感器网络节点是无线传感器网络的基本构成单位，主要负责对周围信息的采集和处理，并发送自己采集的数据给协调器节点。本课题为 基于无线传感器的 家居 空气质量 多点 实时监测 系统设计，整个系统由智能家居的网关和 zigbee 无线网
5、络 节点 组成， 通过 对家居卧室、客厅、 厨房 及卫生间等 的 居室内空气质量及温 湿 度 等 信息 进行采集 ，然后发送给 CC2530 进行组网最后送给 LCD 屏 显示 。若系统检测到 有毒有害气体或空气质量超标则 报警， 并 带动继电器节点 的 排风扇进行 通风 ，以 保证家居空气质量良好。 毕业设计要求： 1、查阅文献资料，了解无线传感器网络技术。 2、学习并掌握 CC2530 开发板的工作原理及其应用。 3、利用 CC2530 设计网络 检测 节 点 （如 温湿度传感器 DHT11、 烟雾传感器 MQ 2 等 ） 。 4、 无线传感器网路 中 协调器 与终端 节点 的组网 及 调
6、试 。 5、进行系统综 合调试，保证系统顺畅运行。 6、完成 毕业论文和答辩。 参考文献： 1基于 CC2530 及 ZIGBEE 协议栈设计无线网络传感器节点 浙江万里学院 章伟聪，俞新武，李忠诚 2基于 CC2530 的 ZIGBEE 网络节点设计 山东轻工业学院 李新 3基于 CC2530 的 ZIGBEE 通信网络的应用设计 电子科技大学 李俊斌，胡永忠 4无线通信系统与技术 人民邮电出版社 潘焱，田华，魏安全 5认知与协作无线通信网络 人民邮电出版社 谢显中 6 zigbee 无线传感器网络设计与实现 化学工业出版社 王小强 7 ZigBee 技术实践教程 :基于 CC2430/31
7、 的无线传感器网络解决方案北京航空航天大学出版社 高守玮 8 CC2530 中文数据手册 二、毕业设计进度计划及检查情况记录表 序号 起止日期 计划完成内容 实际完成内容 检查日期 检查人签名 1 2015-11-06 2015-11-30 了解题目、收集设计资料。 2 2015-12-4 2015-12-31 学习 无线传感器网络 的相关知识，考虑系统方案设计。 3 2016-1-1 2016-3-6 提出系统设计方案，熟悉所用软件，完成 开题报告 。 4 2016-3-7 2016-3-14 学习 zigbee 协议栈的 知识 并运用相关软件。 5 2016-3-15 2016-4-7 选
8、择合适传感器，如温 湿度传感器、 烟雾检测 传感器等 ；准备 中期检查。 6 2016-4-8 2016-4-30 毕业实习。 7 2016-4-30 2016-5-23 编写程序，进行软件设计调试。开始撰写论文并交初稿。 8 2016-5-24 2016-5-27 论文定稿及装订。 9 2016-5-28 2016-6-3 检查论文，准备并完成答辩。 注：（ 1）表中“实际完成内容”、“检查人签名”栏目要求用笔填写，其余各项均要求打印。 （ 2）毕业设计（论文）任务书一式二份，一份学院系留存 ，一份发给学生，任务完成后装订在毕业设计说明书（毕业论文）内。 天津 理工 大学本科毕业设计开题报告
9、 届： 2016 学院：自动化 专业：自动化 2016 年 3 月 1 日 毕业设计 题目 基于无线网络的家居空气质量多点实时监测系统设计 学生姓名 学号 指导教师 职称 讲师 一、 课题的意义与 国内外发展方向 1、家居空气质量多点实时监测系统的意义 随着社会的进步，生活质量的提高，人们对室内环境的空气质量提出了更高的要求，家居环境也越来越受到人们的关注。人们约有 80%的时间是在室内工作、学习、休息，因此，室内空气环境质量的好坏直接影响着人们的身体健康。由于大部分装修材料、室内装饰品、室内设施等多由有机物合成，可挥发性有机物气体扩散恶化了室内空气品质，此外，世界范围内的节能性要求以及建筑材
10、料的密闭性的提高，从而减少了室内外空气的流通，使得室内空气质量对人们生活、健康的影响明显高于室外的空气质量。作为家居智能化的核心部分 智能家居控制系统也越发显得重要。家居智能化控制的开发和建设是未来国家、经济发展的必然趋势。智能家居控制器可以为系统提供智能控制方案，使住户的控制更便捷 ，更高效，更能为家庭的日常活动节约不必要的能耗。而且在现在这个注重绿色环保的世界里，智能的为住户控制好空气的湿度、温度等，检查分析空气成分，让住户安心入住。同时，智能家居控制器可以根据住户的要求调整方案，加强紧急处理，危机救护等急救控制，充分达到只要是“用户想要的，就是我们追求的”宗旨。 2、国内外的发展状况 1
11、984 年，世界上第一幢智能建筑在美国康涅迪格州落成，这栋意义非凡的建筑只是对一座旧式大楼的一定程度的改造而完成的。它只是采用计算机系统对大楼的空调、电梯、照明等设备进行监控，并提供语音通信、电子邮件 、情报资料等方面的信息服务。 2000 年，新加坡有近 30 个社区的约 5000 户家庭采用了这种家庭智能化系统，而美国的安装住户高达 4 万户。 2003 年，网络化家居的建设带来高达 4500 亿美元的市场价值，这其中有 3700亿美元是智能家电硬件产品的价值，剩余的部分则是软件和技术支持服务的费用。 现在，国外的智能家居系统技术己日趋成熟，预计今年， 50%以上的新房将具有一定的“智能型
12、家居 ”功能。于此同时，由于技术的日益标准化，这些新型智能家居系统将 比尔盖茨耗资 6000 万美元的高端别墅便宜得多在智能家居系统研发方面，美国及一 些欧洲国家一直处于领先地位。 天津理工大学教务处制表 近年来，以美国微软公司及摩托罗拉公司等为首的一批国外知名企业，先后挤身于智能家居的研发中。例如 :微软公司开发的“梦幻之家”、摩托罗拉公司开发的“居所之门”、IBM 公司开发的“家庭主任”等均已日趋成稳得技术强占家居市场。此外，日韩新等国的龙头企业纷纷致力于家居智能化的开发，对家居市场更是跃跃欲试。 20世纪 90年代后期，我国的智能小区日益兴起。众所周知，我国的智能化住宅建设最早起于上海、
13、广州和深圳等沿海城市，并逐渐向内陆发展。在 97 香港回归之际，在建设部“ 97 跨世纪住宅小区案竞赛活动”中，上海中皇广场被建设部科技委员会列为全国首家“智能住宅示范工程”，揭开了全国智能小区发展的序幕。 1999 年，建设部勘察设计司、建设部住宅产业化办公室联合组织实施全国住宅小区智能化技术示范工程，标志着我国住宅小区智能化进入了一个新阶段。随着信息化走进了千家万户，由国家经贸委牵头成立了家庭信息网络技术委员会，而信息网络技术体系研究及产品开发已经被列为了国家技术创新的重点专项计划。据建设部要求，截止今年，我国将有 70%以上的家庭拥有 Internet 入网设备，大中城市中 50%的住宅
14、 要实现智能化。 二 、 课题的 研究内容、技术指标、手段 1、设计的主要内容包括： （ 1）从机 对周围环境信息的采集和处理。 （ 2）从机 发送自己采集的数据给相邻节点并将数据转发给协调节点或更靠近协调节点的节点。 （ 3） 实现实时接收上位机的控制命令和下位机的传感器数据的发送与接收。 （ 4）将系统的各个模块连接起来， 保证整个无线传感器网络系统运行顺利通畅。 （ 5）设计合理的流程，编写相应的程序。 2、主要技术指标及要求： （ 1）利用 ZigBee进行组网。 （ 2）协调器与网关之间的连接方式及通信协议。 3、课题 研究方法 ： 主要解决组网过程包括以下两个部分： （ 1）协调器
15、建网 ZigBee 无线网络中有协调器（ Coordinator）、终端节点（ End-device）和路由器（ Router）这三种设备。协调器负责建立网络部分，当系统上电之后，协调器自动选择一个信道，然后选择一个网络号，建立网络。路由器主要是在网络建立、网络配置方面起作用，一旦网络成功建立了之后，协调器就与路由器的功能是一致的。而路由器主要有三个功能：允许节点加入网络；进行数据的路由；辅助其孩子节点通信。终端节点只要加入已建立的网络即可，终端节点是不具有 天 津理工大学教务处制表 网络维护功能的。 （ 2）终端节点入网 节点上电之后首先应判断自己是否是孤点。若是孤点，则选择孤点方式加入网络
16、，利用孤点扫描方式建立与父节点之间的联系，此时网络层管理实体通过请求 MAC层对物理层所默认的所有信道进行扫描，若扫描到原先的父设备，则反馈消息给网络层，网络层管理实体发送消息给上层节点请求加入网络。若一开始经判断之后发现不是孤点，则选择通过 MAC层关联方式加入网络。首先子节点发送信息请求加入网络，网络层收到该消息之后会请求MAC层执行一个主动扫描接受了 PAN标识符的信标帧。扫描完 成之后 MAC层会发送一个消息给网络层管理实体，网络层管理实体再将该消息发送给上层，由上层选择一个网络加入。子节点在选择好一个合适的父节点之后会发送一个连接请求，由网络层管理实体发送消息给MAC层，尝试通过父节
17、点加入网络。 三、 研究步骤 （ 1）熟悉课题、查阅资料、翻译资料。 （ 2）熟悉 ZigBee 协议栈的基本原理，开题报告。 （ 3）提出系统总体设计方案、熟悉所用软件。 （ 4）设计系统硬件。 （ 5）系统的综合调试。 （ 6）毕业实习。 （ 7）系统测试及结果分析。 （ 8）整理资料，撰写毕业设计说明书。 （ 9）完成毕 业设计说明书终稿、准备答辩。 四、进度安排 2016.01.012016.03.06 整理资料、制定设计规划、了解 ZigBee 协议栈 2016.03.072016.03.14 完成基本理论的研究、开始软件设计、硬件系统的选型、搭建，实现预期设计目标 2016.03.
18、152016.04.08 完成软件设计、系统调试、设计过程、撰写论文 2016.04.092016.04.30 毕业实习 2016.05.032016.05.20 完善整理设计内容、校正修改论文、确定论文最终稿 2016.05.212016.05.31 完成毕业设计、装订论文、提交论文 2016.06.012016.06.10 准备毕业答辩 天津理工大学教务处制表 五、参考文献 1 王小强，欧阳骏，黄宁淋 .ZIGBEE 无线传感器网络设计与实现 .北京：化学工业出版社 ,2012 2 吕志安 .ZIGBEE 网络原理与应用开发 .北京：北京航空航天大学出版社， 2008 3 李文仲 ,段朝玉
19、 .ZIGBEE 无线网络技术入门与实战 .北京：北京航空航天大学出版社 ,2007 4 谭浩强 .C 语言程序设计 M.北京：清华大学出版社， 2006 5 孙利民 .无线传感器网络 M.北京：清华大学出版社， 2005 6 美 帕勒万 .无线网络通信原理与应用 M.刘剑译 .北京：清华大学出版社， 2002 7 赵阿群，陈少红，赵直 .计算机网络基础 M.北京：北京交通大学出版社， 2003 8 周航慈 .单片机应用程序设计技术 M.北京：北京航空航天大学出版社， 1991 9 郑相全 .无线自组网技术实用教程 M.北京：清华大学出版社， 2004 指导教师意见 签字： 年 月 日 天津理
20、工大学教务处制表 基于无线网络的家居空气质量多点实时监测 系统 摘 要 我们的社会在 进步， 现代人对生活也有了更高的要求 ,特别是我们每天生活的家居空气质量。 我们每天大部分的时间都生活在室内环境中，但是 由于大部分装修材料、室内装饰品、室内设施等多由有机物合成，可挥发性有机物气体扩散恶化了室内空气品质，此外，世界范围内的节能性要求以及建筑材料的密闭性的提高，从而减少了室内外空气的流通，使得室内空气质量对人们生活、健康的影响明显高于室外的空气质量。 基于这个 问题我们把 ZigBee 无线通信技术和传感器检测技术相结合成为 无线传感器网络， 设计了 一套 基于 ZigBee 的家居空气质量多
21、点实时监测系统。系统主要采用主 -从多式结构，从机节点和控制主机组成 ZigBee 无线传感器网络，实现各节点之间的数据通信，以 CC2530微处理器芯片为核心搭建的 无线 传感器网络。系统从机传感器节点采集温湿度数据、空气环境数据实时发送到主机网关节点并汇总，主控机结合监测数据判定出家居空气总体质量状态并显示，从而 采取措施改善空气质量， 实现状态监测报警。 关键词 ： 智能家居 ZigBee CC2530 空气质量检测 The air quality Home Furnishing multipoint real-time monitoring and evaluation system
22、by Using ZigBee ABSTRACT Our social is progressing, peoples quality of life is improving, and the indoor environment air quality also have higher requirements. We live in an indoor environment for most of the day, But because most of the decoration materials, interior decoration, indoor facilities m
23、ore synthesized by organic compounds, volatile organic gas diffusion deteriorate indoor air quality. In addition, worldwide energy-saving requirements and building materials of improvement of airtight, thereby reducing the indoor and outdoor air circulation, make indoor air quality impact on peoples
24、 lives and health was significantly higher than that of outdoor air quality. Based on this problem we put the ZigBee wireless communication technology and sensor technology combined with a wireless sensor network, the design of a ZigBee based air quality Home Furnishing multipoint real-time monitori
25、ng system. System is mainly used principal from multimodal structure. From the control node and machine composed of ZigBee wireless sensor network, realizes the data communication between the nodes, to the microprocessor chip CC2530 as the core to build the wireless sensor network. System from the m
26、achine sensor nodes to collect data on temperature and humidity, air environmental data real-time transmission to the host, gateway nodes and summary, the main control machine combined with monitoring data determines the overall quality of state household air and display, and take measures to improve air quality, achieve state monitoring and alarm. Key Words: SmartHome ZigBee CC2530 Air quality detection
