基于zigbee的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測儀開題報告

1、<p><b>　　開 題 報 告</b></p><p>　　題 目： 基于Zigbee的室內(nèi)空氣質(zhì)量 </p><p>　　檢測儀設(shè)計 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名: </p><p>　　專 業(yè) 班

2、 級: 通信工程111 </p><p>　　指導(dǎo)教師姓名: </p><p>　　填表日期 2015 年 4 月14 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計開題報告</b></p><p>　　一、選題的依據(jù)、意義和理

3、論或?qū)嶋H方面應(yīng)用的價值</p><p><b>　　選題依據(jù)及意義：</b></p><p>　　依據(jù)室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)查監(jiān)測了新建及新裝修的幼兒園、寫字樓、家庭居室等180余戶近3萬平方米的建筑。檢測結(jié)果表明：室內(nèi)空氣質(zhì)量合格率僅為34.7%。其中，在不合格的室內(nèi)空氣中，氨的污染最為嚴(yán)重，超標(biāo)率為56.9%，測得的最高值超過國家控制標(biāo)準(zhǔn)的62.8倍，平均超標(biāo)36.

4、5倍；甲醛的超標(biāo)率為27.8%，苯系物(甲苯、二甲苯等)超標(biāo)率為14.6%。 國外大量研究結(jié)果也表明，室內(nèi)空氣污染會引起“致病建筑綜合癥”（BBS），癥狀包括頭痛、眼、鼻和喉部不適，干咳，皮膚干燥發(fā)癢，頭暈惡心注意力難于集中和對氣味敏感等。建筑關(guān)聯(lián)?。˙RI），癥狀有咳嗽，胸部發(fā)緊，發(fā)燒寒顫和肌肉疼痛等，所以任何一個場所都有必要進(jìn)行空氣檢測，給家人朋友一個舒適健康的生活環(huán)境。</p><p><b>　

5、　課題應(yīng)用價值：</b></p><p>　　本課題為基于Zigbee的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測儀設(shè)計。首先，通過傳感器檢測空氣質(zhì)量的指標(biāo)；然后，通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)傳送給主機(jī)進(jìn)行指標(biāo)的顯示，如果污染氣體超標(biāo)就會發(fā)出警報?？諝赓|(zhì)量檢測儀基于Zigbee的無線傳感網(wǎng)絡(luò)，更加方便、快捷，適用于新房入住和剛裝修完的房子的空氣質(zhì)量檢測，也可以對室內(nèi)空氣質(zhì)量進(jìn)行實時檢測，尤其老人、孕婦、兒童等抵抗力弱的人群更加需要

6、，為您和您的家人的健康保駕護(hù)航，具有很高的實際應(yīng)用價值。</p><p>　　二、本課題在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀</p><p><b>　　國外研究現(xiàn)狀：</b></p><p>　　現(xiàn)代空氣污染問題的研究源于倫敦?zé)熿F事件。20世紀(jì)60年代提出了室內(nèi)空氣質(zhì)量(IAQ)的概念。法國政府于1999年底成立了國家室內(nèi)空氣監(jiān)測站,并從2001年開始,每年在

7、全國選擇1000個監(jiān)測點,對典型室內(nèi)場所的氛、鉛、霉菌、過敏源、VocS、人造礦物纖維、殺蟲劑及煙草煙霧等10多種有害物質(zhì)進(jìn)行檢測,并向公眾通報檢測結(jié)果。從2005年至2012年的7年間,美國的溫室氣體排放量下降了近10%。對于美國在聯(lián)合國氣候談判中承諾的2020年減排目標(biāo)而言,已實現(xiàn)過半。2008年起，美國駐華使領(lǐng)館開始監(jiān)測所在城市的PM2.5數(shù)據(jù)，并向公眾公布?！?014 年 3 月 25 日，世界衛(wèi)生組織發(fā)布的最新數(shù)據(jù)顯示，201

8、2 年全球因空氣污染導(dǎo)致的各類疾病死亡人數(shù)約為 700 萬?！备鶕?jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）2014年發(fā)布的一份報告，印度首都新德里是全球空氣污染最嚴(yán)重的城市。美國駐印度大使館購買了1800臺瑞典Blueair牌室內(nèi)空氣凈化器，以保護(hù)在印度使領(lǐng)館工作的員工。最近，歐盟第七研發(fā)框架計劃(FP7)組織下的歐洲IAQSENSE研發(fā)團(tuán)隊成功研制出智能型高靈敏度的室內(nèi)空氣質(zhì)量實時檢測技術(shù)及其裝置，并可隨時</p><p>&l

9、t;b>　　國內(nèi)研究現(xiàn)狀：</b></p><p>　　較之國外,我國研究室內(nèi)空氣質(zhì)量起步較晚,我國從事住宅室內(nèi)空氣污染的研究始于70年代。目前，空氣凈化涂料對污染物的凈化功能的評價大多依據(jù)JC/T 1074—2008《室內(nèi)空氣凈化功能涂覆材料凈化性能》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，該標(biāo)準(zhǔn)中涉及甲醛和甲苯兩個凈化指標(biāo)。國家“十二五”計劃也將“室內(nèi)空氣凈化”列為扶持行業(yè)。，2011年“中華人民共和國衛(wèi)生部80號令”重

10、點陳述了室內(nèi)空氣凈化的嚴(yán)格控制條款，進(jìn)一步催熟了這一行業(yè)向正規(guī)化發(fā)展。為了規(guī)范市場上這類產(chǎn)品的質(zhì)量，由國家環(huán)保產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心、福州大學(xué)光催化研究所、中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院等單位起草了《凈化空氣用光催化劑GB/T 27870-2011》國家標(biāo)準(zhǔn)，并于2012年實施。中國建筑裝飾協(xié)會發(fā)布的 2013—2014 年家居環(huán)境和室內(nèi)裝飾材料的抽樣檢測數(shù)據(jù)顯示，甲醛、TVOC 的平均超標(biāo)率分別為 80%和 75%，室內(nèi)可檢測致癌物質(zhì) 20 多種，6

11、8%的人體疾病與室內(nèi)空氣污染有關(guān)。當(dāng)前，室內(nèi)空氣檢測的主要依據(jù)是《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》 GB/T18883-2002和《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》GB50325-2013。據(jù)了解，空氣凈化器新國標(biāo)的“征求意見稿”</p><p>　　三、課題研究的內(nèi)容及擬采取的方法</p><p><b>　　課題研究內(nèi)容：</b></p><p>　　

12、本課題主要是通過傳感器和Zigbee模塊搭建一個基于zigbee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測儀。首先，是通過各種傳感器對室內(nèi)甲醛、苯、甲苯、二甲苯、總揮發(fā)性有機(jī)物TVOC等空氣污染物進(jìn)行檢測，然后將檢測到的指標(biāo)參數(shù)傳送給Zigbee模塊。最后，zigbee通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)將接收的數(shù)據(jù)傳送到主控端進(jìn)行空氣質(zhì)量指標(biāo)的顯示和監(jiān)控。依據(jù)《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB/T18883-2002和《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》GB50325-201

13、3對數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，如果檢測到某些空氣污染物超標(biāo)的話，就會發(fā)出報警來提醒用戶采取相應(yīng)的措施。本課題用到很多技術(shù)，所以要對主要芯片和所用語言進(jìn)行學(xué)習(xí)和總結(jié)，除此之外，還要對無線傳感網(wǎng)絡(luò)核心部分Zigbee和傳感器進(jìn)行研究。</p><p><b>　　擬采取的方法：</b></p><p>　　首先，分析總結(jié)了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，特別對傳感器網(wǎng)絡(luò)的核心關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分

14、類總結(jié)。根據(jù)現(xiàn)有的無線局域網(wǎng)通信協(xié)議進(jìn)行比較，針對傳感器網(wǎng)絡(luò)這個特殊的背景選取了具有多種優(yōu)勢的ZigBee通信協(xié)議，對ZigBee協(xié)議通信模型細(xì)節(jié)進(jìn)行研究。</p><p>　　其次，完成了基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)硬件電路設(shè)計，其中包括基于超低功耗MCU最小系統(tǒng)的核心控制模塊、無線射頻收發(fā)模塊、以及一種能夠通過USB-COM端口對傳感器節(jié)點進(jìn)行接口供電、編程和通信的多功能模塊，進(jìn)一步簡化了外部接口。<

15、;/p><p>　　再次，在軟件方面設(shè)計了數(shù)據(jù)采集與處理子程序、EEPROM讀寫子程序、射頻模塊功能API函數(shù)程序、以及符合IEEE 802.15.4協(xié)議的無線收發(fā)子程序。在通信協(xié)議方面，設(shè)計了符合IEEE 802.15.4/ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的物理層、MAC層、網(wǎng)絡(luò)層的幀結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)傳輸模型以及物理層、數(shù)據(jù)鏈路層(MAC)、網(wǎng)絡(luò)層的核心算法，并編寫了相關(guān)的通信協(xié)議API函數(shù)集。為應(yīng)用層的軟件設(shè)計打下基礎(chǔ)。</

16、p><p>　　最后，通過搭建一個由主控芯片、Zigbee模塊、傳感器、顯示部分和控制部分組成的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測儀。經(jīng)過寫入程序、調(diào)試，最后實現(xiàn)空氣質(zhì)量的基本指標(biāo)的顯示和污染物的檢測，污染物超標(biāo)則進(jìn)行報警。</p><p>　　四、課題研究中的主要難點以及解決的方法</p><p><b>　　課題研究難點：</b></p><

17、p><b>　　難點1：</b></p><p>　　含有ZigBee協(xié)議棧的芯片只是說它有了協(xié)議的所有組成部分，怎么把每部分結(jié)合運(yùn)轉(zhuǎn)起來，并實現(xiàn)和用戶自己數(shù)據(jù)的協(xié)議通訊，這是一大難點。</p><p><b>　　難點2：</b></p><p>　　目前，Zigbee技術(shù)的節(jié)點耗電問題是Zigbee 技

18、術(shù)難于得到很好推廣的一個重要原因。所以，減少電能損耗，延長電池壽命是zigbee技術(shù)的一大難點。</p><p><b>　　難點解決方法：</b></p><p><b>　　難點1解決方法：</b></p><p>　　利用含有ZigBee協(xié)議棧的芯片實現(xiàn)和用戶自己數(shù)據(jù)的協(xié)議通訊的解決方法有兩個：</p>

19、<p>　　方法一：需要用戶根據(jù)完整的協(xié)議代碼和自己上層的通訊協(xié)議，再去一點一點每個部分的去修改協(xié)議棧中的內(nèi)容，才能完成簡單的數(shù)據(jù)無線收發(fā)，而要完成一條路由，甚至整個網(wǎng)絡(luò)的通信，那調(diào)試測試的時間則會需要更長的。</p><p>　　方法二：可以使用Zigbee模塊，ZigBee模塊是已經(jīng)包含了所有外圍電路和完整協(xié)議棧的能夠立即投入使用的產(chǎn)品，已經(jīng)經(jīng)過了廠家的優(yōu)化設(shè)計，和老化測試，有一定的質(zhì)量保證。具有

20、在硬件上設(shè)計緊湊，體積小，貼片式焊盤設(shè)計，可以內(nèi)置Chip或外置SMA天線，通訊距離從100米到1200米不等，還包含了ADC，DAC，比較器，多個IO等接口和用戶的產(chǎn)品相對接。軟件上包含了完整的ZigBee協(xié)議棧，并有自己的PC上的配置工具，采用串口和用戶產(chǎn)品進(jìn)行通訊，并可以對模塊進(jìn)行發(fā)射功率，信道等網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù)的配置，使用起來簡單快捷。</p><p><b>　　難點2解決方法：</b>

21、;</p><p>　　對于Zigbee技術(shù)尚未解決的節(jié)點耗電問題，解決方法有兩個方面：一方面就是從節(jié)點電池本身著手，研發(fā)更大容量的電池，延長電池壽命。另一方面，應(yīng)該從算法上著手，可以利用更加高效節(jié)能的算法，來達(dá)到節(jié)能延長壽命目的。</p><p>　　五、畢業(yè)設(shè)計工作進(jìn)度計劃</p><p>　　第1~3周：結(jié)合設(shè)計任務(wù)進(jìn)行文獻(xiàn)查閱、應(yīng)用情況調(diào)研、相關(guān)知識及技術(shù)學(xué)

22、習(xí)，規(guī)劃系統(tǒng)功能，制定系統(tǒng)總體設(shè)計方案；</p><p>　　第4周：撰寫調(diào)研報告、畢業(yè)設(shè)計開題報告，開題答辯；</p><p>　　第5~6周：學(xué)習(xí)相關(guān)技術(shù)、翻譯外文文獻(xiàn)、選擇系統(tǒng)設(shè)計所需元器件，細(xì)化系統(tǒng)設(shè)計方案；</p><p>　　第7~8周：完成外文翻譯，設(shè)計單元電路，制定論文撰寫大綱；</p><p>　　第9~10周：繪制電路原理

23、圖，元器件封裝、布線、繪制PCB板、制版，撰寫論文；</p><p>　　第11~12周：實物設(shè)計所需材料購置，軟件設(shè)計，撰寫論文；</p><p>　　第13~15周：軟件設(shè)計，實物制做，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)、測試修改，完成系統(tǒng)設(shè)計、完成論文初稿撰寫；</p><p>　　第16周：論文修改、完成畢業(yè)設(shè)計論文撰寫，材料整理、準(zhǔn)備畢業(yè)設(shè)計答辯；</p><p

24、>　　第17周：畢業(yè)設(shè)計答辯，材料整理、上交畢業(yè)設(shè)計材料袋。</p><p><b>　　六、主要參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 沈晉明. 我國目前室內(nèi)空氣品質(zhì)改善的對策與措施[J]. 暖通空調(diào). 2002(02) </p><p>　　[2] 王帥,杜麗,王瑞斌,丁俊男,孟曉艷,解淑艷,李亮,潘本鋒,鄭皓皓,趙熠琳.

25、國內(nèi)外環(huán)境空氣質(zhì)量指數(shù)分析和比較[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測. 2013(06) </p><p>　　[3] 周武斌,羅大庸. ZigBee路由協(xié)議的研究[J]. 計算機(jī)工程與科學(xué). 2009(06) </p><p>　　[4] 桂彩云,楊宏亮. 室內(nèi)甲醛含量自動檢測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 國外電子測量技術(shù). 2014(07) </p><p>　　[5] 蘭羽

26、,盧慶林. 基于MQ138傳感器的甲醛檢測儀設(shè)計[J]. 電子測量技術(shù). 2013(08) </p><p>　　[6] 徐映如,王丹俠,張建文,張穎琦,韓若冰,沈俊毅,俞新春. PM 10和PM 2.5危害、治理及標(biāo)準(zhǔn)體系的概況[J]. 職業(yè)與健康. 2013(01) </p><p>　　[7] 徐亞,趙金平,陳進(jìn)生,張福旺. 室內(nèi)空氣中顆粒物污染特征研究[J]. 環(huán)境污染與防治

27、. 2011(01) </p><p>　　[8] 李慧,邵龍義,孫珍全,劉昌鳳,楊書申. 公共場所室內(nèi)可吸入顆粒物的污染特征[J]. 環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展. 2007(02) </p><p>　　[9] 張猛,房俊龍,韓雨. 基于ZigBee和Internet的溫室群環(huán)境遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報. 2013(S1) </p><p>　　[10]

28、洪鋒,褚紅偉,金宗科,單體江,郭忠文. 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)最新進(jìn)展綜述[J]. 計算機(jī)研究與發(fā)展. 2010(S2) </p><p>　　[11] 行少亮,朱波. 基于物聯(lián)網(wǎng)的智能環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)[J]. 數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用. 2011(11) </p><p>　　[12] 倪瑛,戴娟. ZigBee定位技術(shù)的研究[J]. 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報. 2013(02)</p&g

29、t;<p>　　[13] K. F. Tsang, H. Y. Tung and K. L. Lam, “ZigBee: From Basics to Designs and Applications,” Prentice Hall, Upper Saddle River, 2009.</p><p>　　[14] Y. M. Zhou, X. L. Yang, X. S. Guo, M. G.

30、 Zhou, and L. R. Wang, “A design of greenhouse monitoring & control system based on ZigBee wireless sensor network,” Wireless Communications, Networking and Mobile Computing, WiCom 2007, International Conference, pp.

31、 2563-2567, 2007.</p><p>　　[15] P. S. Neelakanta and H. Dighe, “Robust Factory Wireless Communicat Ions: A Performance Appraisal of the Bluetooth and the ZigBee Collocated on an Indust Rial Floor,” IEEE Com

32、puter Society, Vol. 3, 2003, pp. 2381-2386.</p><p>　　[16] Ibrahim Al-Adwan, Munaf S. N. Al-D, “The Use of ZigBee Wireless Network for Monitoring and Controlling Greenhouse Climate,” International Journal of