(完整版)基于无线环境监测系统的毕业设计论文

基于无线传感器网络的环境监测与监控系统设计摘要：随着科技的不断发展，环境监测与监控系统在各个领域的应用越来越广泛。

本文基于无线传感器网络技术，设计了一种用于环境监测与监控的系统。

该系统利用无线传感器网络收集环境数据，并通过云平台进行数据存储和分析，实现对环境参数的实时监测和报警。

通过该系统，用户可以方便地了解环境状况并及时采取相应的措施。

1. 引言环境监测与监控在现代生活中扮演着重要的角色。

随着工业化的发展和城市化进程的加快，环境问题日益突出，对环境监测与监控的需求也日益迫切。

传统的环境监测与监控系统往往需要大量的人力和物力投入，而且无法实现实时监测和报警。

而基于无线传感器网络的环境监测与监控系统能够解决这些问题，成为一种更加高效、方便和可靠的解决方案。

2. 系统架构基于无线传感器网络的环境监测与监控系统主要由传感器节点、数据收集节点、数据存储和处理节点、用户终端和云平台组成。

传感器节点负责采集环境参数，数据收集节点将采集到的数据传输至数据存储和处理节点，用户终端通过云平台实现对数据的访问和分析。

3. 传感器节点设计传感器节点是整个系统的核心组成部分。

传感器节点需要具备一定的采集能力，包括温度、湿度、气体浓度等环境参数。

传感器节点还需要具备无线通信能力，以便与数据收集节点进行数据传输。

在设计传感器节点时，需要考虑功耗控制，以延长节点的使用寿命。

4. 数据收集节点设计数据收集节点负责接收传感器节点采集到的数据，并将数据进行整理和处理。

数据收集节点需要具备无线通信能力，以便与数据存储和处理节点进行数据传输。

在设计数据收集节点时，需要考虑节点之间的通信协议和数据传输的安全性。

5. 数据存储和处理节点设计数据存储和处理节点是整个系统的数据中心，负责存储和处理采集到的环境数据。

数据存储和处理节点需要具备大容量的数据存储能力和高效的数据处理能力。

同时，为了保证数据的安全性和可靠性，数据存储和处理节点还需要具备数据备份和容灾恢复的能力。

《基于物联网的无线环境监测系统设计与软件的实现》篇一一、引言随着科技的不断进步，物联网技术已广泛应用于各个领域，其中包括环境监测。

基于物联网的无线环境监测系统通过无线通信技术实现对环境的实时监测和数据的远程传输，具有实时性、准确性和便捷性等优点。

本文将详细介绍基于物联网的无线环境监测系统的设计与软件实现。

二、系统设计1. 硬件设计无线环境监测系统的硬件部分主要包括传感器节点、网关和上位机。

传感器节点负责采集环境数据，如温度、湿度、气压、空气质量等。

网关负责将传感器节点的数据传输至上位机。

硬件设计需考虑节点的功耗、稳定性、抗干扰性等因素，以确保系统能够长时间稳定运行。

2. 软件设计软件设计包括传感器节点的固件设计和上位机的软件设计。

传感器节点的固件需具备数据采集、数据处理、数据传输等功能。

上位机软件需具备数据接收、数据处理、数据存储、数据展示等功能。

此外，还需设计系统管理软件，实现对传感器节点的远程配置、控制和管理。

三、软件实现1. 开发环境与工具软件实现需使用合适的开发环境和工具，如集成开发环境（IDE）、编程语言等。

常用的开发工具有C语言、C++、Python 等，以及相应的开发板、调试器等硬件工具。

2. 传感器节点固件实现传感器节点固件需实现数据采集、数据处理、数据传输等功能。

数据采集需根据传感器类型和参数进行配置。

数据处理包括数据滤波、数据转换等操作，以获得准确的环境数据。

数据传输通过无线通信技术实现，将数据发送至网关。

3. 上位机软件实现上位机软件需实现数据接收、数据处理、数据存储、数据展示等功能。

数据接收通过与网关的通信实现。

数据处理包括数据解析、数据分析等操作，以获得环境数据的实际意义。

数据存储可采用数据库技术，实现数据的长期保存和查询。

数据展示可通过图表等方式，直观地展示环境数据。

4. 系统管理软件实现系统管理软件需实现传感器节点的远程配置、控制和管理等功能。

通过互联网或局域网实现与传感器节点的通信，实现对节点的远程配置和控制。

《基于无线传感网的环境监测系统的研究与实现》篇一一、引言随着科技的进步与环保意识的增强，环境监测已经成为保护环境与自然资源的重要手段。

基于无线传感网络（Wireless Sensor Network, WSN）的环境监测系统能够有效地解决复杂环境下信息获取和传输的问题。

本文将对基于无线传感网的环境监测系统的研究与实现进行详细的探讨，并针对具体的技术难点进行剖析和解决方法的分析。

二、系统架构及技术难点2.1 系统架构基于无线传感网的环境监测系统主要由传感器节点、网关节点、数据中心等部分组成。

传感器节点负责环境信息的采集和传输，网关节点负责数据的汇聚和传输至数据中心，数据中心负责数据的处理、存储和分析等任务。

2.2 技术难点（1）数据采集：如何在复杂的自然环境中获取准确的实时数据是一个重要问题。

此外，还需要考虑数据传输的可靠性和稳定性。

（2）能源效率：无线传感器网络通常使用电池供电，因此，如何在长时间内保证网络的正常运转是另一个重要的问题。

（3）网络安全：在传输敏感的监测数据时，如何确保数据的完整性和保密性也是不容忽视的问题。

三、研究与实现3.1 传感器节点的设计与实现传感器节点是环境监测系统的关键部分，负责数据的采集和传输。

设计时需要考虑到传感器节点的尺寸、功耗、成本等因素。

此外，还需要根据具体的监测环境选择合适的传感器类型和参数。

在实现过程中，需要使用微处理器和无线通信模块等硬件设备，以及相应的软件算法进行数据处理和传输。

3.2 网关节点的设计与实现网关节点是连接传感器节点和数据中心的关键部分，负责数据的汇聚和传输。

在设计和实现过程中，需要考虑到数据的处理能力、存储能力和传输速度等因素。

此外，还需要考虑如何对数据进行加密和验证，以确保数据的安全性和完整性。

3.3 数据中心的设计与实现数据中心是环境监测系统的核心部分，负责数据的处理、存储和分析等任务。

在设计和实现过程中，需要考虑到数据存储的容量、处理速度和安全性等因素。

齐齐哈尔大学毕业设计（论文）题目基于Zigbee的无线环境监测系统设计学院通信与电子工程学院专业班级物联网112班学生姓名王海超指导教师惠鹏飞成绩2015年6 月15 日摘要随着各种现代化信息技术的迅猛发展和进步，以及人们生活水平的提高，人们越来越对自己所处的环境有了更高的要求。

人们都想要自己的生活环境健康、舒适。

近些年，特别是人类在信息技术上的快速发展，使得各种有线无线通信技术有了前所未有的突破，未来，随着各种无线技术的成熟和成本应用的下降，有线将慢慢离开技术舞台的中央。

因此，本文为此而专门设计了基于Zigbee的无线环境监测系统。

为了以较小的成本，较高的安全性和可靠性，并且能够实时准确地监控家庭环境的参数，供PC决策以确保人们的居住环境的健康性，最大程度地减少人们因长时间在受污染的家居环境中而生病，本文利用ZigBee技术而开发设计出了这一智能家居中的子系统——环境监测系统。

其最大的优点在两个方面，一是无线，这样可以使地方占用小，方便安装，不会给家居环境增加视觉干扰；二是功耗低，其使用两节干电池即可工作半年以上。

本论文以ZigBee无线传感网络技术为核心，与各种传感器技术相结合，设计出一套方便实用的家居环境监测系统，为家居中的管理中心（PC）提供准确无误的决策参数，是智能家居系统中不可缺少的子系统之一。

其中终端传感器节点可以选择温度、湿度、亮度、一氧化碳等传感器，并且可以根据需求增加或减少终端。

故本文无线网络终端模块选用的是CC2430芯片为平台，以实现信息数据的接收与发送，此芯片内置8051内核的单片机内核，并有一定的内存空间，故只要加上些少许外围电路就可以实现功能，无需再加单片机。

在数据接收端（即协调器节点）收到的数据处理并上传到PC以供其分析控制家居中智能电器调节各项环节参数，以此可以实现快速、实时并且方便的家居环境信息的监测功能。

关键词：，无线传感器网络，环境监测，智能家居AbstractWith the rapid development and progress of a variety of modern IT, and human’s Standards of living improve, more and more people demand to live in a healthy and comfortable environment. In recent years, especially human beings in the rapid development of information technology, making a variety of wired and wireless communications technology has been an unprecedented breakthrough. With a variety of wireless technologies mature and costs decline, the cable will slowly leave technology center. As a result, the wireless smart home system came into being, while the wireless home environment monitoring system discussed in this article is one of the subsystems.In order to have less cost, higher security and reliability, and ablity to monitor the home environment in real tme,to minimize people sick, this paper use the Zigbee wireless sensor network trchnolgy development and design Environment Monitoring System in this smart home. It has two biggest advantages. First, the wireless can make the place occupied by small, easy to install, will not increase the visual interference to the home environment; Second, low power consumption: it can be used with more than six months by two dry batteriesIn this thesis, a ZigBee-based wireless sensor network technology for the core and the combination with a variety of sensor technology, designed a set of excellent home environment monitoring system for smart home management center to provide accurate decision-making parameters, smart home an integral subsystemof the system. Terminal sensor nodes can select the temperature, humidity, brightness, and carbon monoxide sensors, and can increase or decrease according to demand terminal. Due to the CC2480 chip does not have built-in microprocessor core, and few user use it as a ZigBee module. So terminal module of the wireless network choice of TI's CC2430 chip as a platform to receive and send sensor collected data, the chip microcontroller core of the 8051 core and a certain amount of memory space, so adding a little more peripheral circuit can functionality without the need coupled with the microcontroller. Coordinate data receiver (node) receives the data processing and uploaded to the management center (PC) for analysis to adjust the link parameters to control smart appliances in the home, this can be achieved fast convenient, real-time, home environment monitoring function.Keywords：ZigBee，Wireless sensor networks, smart home, environmental moni目录摘要 (I)Abstract........................................................................................................................................................ I I 第1章绪论.. (1)1.1 概述 (1)1.2 环境监测系统国内外发展现状 (1)1.2.1有线环境监测系统特点 (1)1.2.2无线环境监测系统的特点 (2)1.3 本文研究的意义 (2)1.4本文的研究内容 (3)第2章ZigBee技术的概述 (4)2.1 ZigBee技术的概念 (4)2.2 ZigBee技术的特点 (5)2.3 ZigBee网络设备组成和网络结构 (6)2.4 ZigBee的协议分析 (7)2.4.1 网络层（NWK） (7)2.4.2 应用层（APP） (8)2.5 本章小结 (10)第3章系统的总体设计 (11)3.1 系统结构 (11)3.2 系统功能定义 (12)3.3 系统监测参数介绍 (12)3.3.1 温度 (12)3.3.2 湿度 (12)3.3.3一氧化碳气体 (13)3.3.4 亮度 (13)3.4 系统设计要求 (13)3.4.1硬件要求 (13)3.4.2软件要求 (14)3.5本章小结 (14)第4章系统的硬件设计 (16)4.1 ZigBee硬件选型 (16)4.2 节点硬件设计 (18)4.2.1协调器节点设计 (18)4,2,2终端节点设计 (19)4.3传感器的介绍 (20)4.3.1. 温度传感器（DS18B20） (20)4.3.2. 光强度传感器（BH1750FIV） (21)4.4 本章小结 (21)第5章标题 (22)第6章标题 (23)结论 (24)参考文献 (25)附录1 (26)附录2 (27)致谢 (28)第1章绪论1.1 概述随着计算机软硬件技术、网络技术和工业综合自动化系统整合水平的不断发展，对监控数据传输的实时性、数据接口的开放性以及数据链接的安全性的要求越来越高，有线控制网络的局限性也越来越突出，无线的优势也越来越明显。

《基于物联网的无线环境监测系统设计与软件的实现》篇一一、引言随着物联网技术的飞速发展，无线环境监测系统在环境保护、能源监测、城市管理等领域的地位愈发突出。

该类系统不仅提升了数据的收集和监控能力，也为环境的可持续发展提供了技术保障。

本文旨在设计并实现一个基于物联网的无线环境监测系统，为环境保护提供强有力的技术支持。

二、系统设计（一）设计目标本系统设计的主要目标是构建一个稳定、可靠、低成本的无线环境监测系统，能够实时、准确地对环境进行监测，包括但不限于空气质量、水质状况等。

同时，该系统应具备可扩展性，能够根据实际需求进行模块化扩展。

（二）系统架构本系统采用物联网架构，主要由感知层、网络层和应用层三部分组成。

感知层负责环境数据的采集和传输；网络层负责数据的传输和存储；应用层则负责数据的处理和展示。

1. 感知层：采用无线传感器网络技术，通过传感器节点对环境数据进行实时采集和传输。

传感器节点包括空气质量传感器、水质传感器等，可实时监测空气和水质等环境参数。

2. 网络层：采用物联网通信技术，将感知层的数据传输至数据中心。

该层包括无线通信模块和数据中心两部分。

无线通信模块负责数据的传输，可采用Wi-Fi、ZigBee等通信技术；数据中心负责数据的存储和管理。

3. 应用层：通过软件对数据进行处理和展示。

该层包括数据处理模块、数据分析模块和用户界面三部分。

数据处理模块负责对数据进行清洗和预处理；数据分析模块负责对数据进行深度分析和挖掘；用户界面则负责将处理后的数据以图表等形式展示给用户。

三、软件实现（一）开发环境本系统的软件开发环境为Windows操作系统，采用C语言进行开发。

使用的开发工具为Visual Studio 2019，数据库采用SQL Server 2019。

（二）软件架构本系统的软件架构采用MVC（Model-View-Controller）架构模式，即模型-视图-控制器架构模式。

MVC模式能够使软件的设计更加清晰、模块化程度更高，方便后期的维护和扩展。

《基于物联网的无线环境监测系统设计与软件的实现》篇一一、引言随着科技的进步与信息化社会的飞速发展，物联网（IoT）技术在各领域中扮演着越来越重要的角色。

本文旨在介绍一个基于物联网的无线环境监测系统的设计与软件的实现，此系统主要用于监测各种环境参数，如温度、湿度、空气质量等，为环境保护、农业生产、城市管理等领域提供有力的技术支持。

二、系统设计1. 硬件设计本系统主要由传感器节点、网关和服务器三部分组成。

传感器节点负责采集环境参数，网关负责数据的传输与处理，服务器则用于存储和展示数据。

传感器节点采用低功耗、小体积的无线通信模块，如Wi-Fi、ZigBee等，以便于在各种环境中进行部署。

网关的设计需考虑数据传输的稳定性和可靠性，采用高性能的处理器和稳定的通信协议，确保数据能够及时、准确地传输到服务器。

此外，网关还需具备低功耗、易扩展等特点，以适应不同的应用场景。

2. 软件设计软件设计部分主要包括传感器节点的固件开发、网关的数据处理与传输以及服务器的数据存储与展示。

传感器节点的固件需根据具体硬件进行定制开发，实现环境参数的采集与传输。

网关的软件需具备数据处理、存储、传输等功能，同时需支持多种传感器节点的接入与控制。

服务器软件则需具备强大的数据处理能力，支持数据的存储、查询、分析等功能，同时需提供友好的用户界面，方便用户查看和管理数据。

三、软件实现1. 传感器节点固件开发传感器节点固件采用嵌入式系统开发，根据具体硬件平台进行定制。

固件需实现环境参数的实时采集、数据预处理以及与网关的无线通信等功能。

在数据采集方面，采用高精度的传感器进行测量，确保数据的准确性。

在数据预处理方面，对原始数据进行滤波、去噪等处理，以提高数据的可靠性。

在无线通信方面，采用稳定的通信协议，确保数据能够及时、准确地传输到网关。

2. 网关数据处理与传输网关软件需实现数据的接收、处理、存储与传输等功能。

首先，网关需通过无线通信与传感器节点进行连接，接收传感器节点发送的数据。

《基于物联网的无线环境监测系统设计与软件的实现》篇一一、引言随着物联网技术的飞速发展，无线环境监测系统在各个领域的应用越来越广泛。

本文旨在探讨基于物联网的无线环境监测系统的设计与软件的实现。

首先，我们将概述物联网技术及其在环境监测领域的应用背景和意义。

随后，我们将详细描述系统的设计原理和软件实现过程。

二、物联网技术及其应用背景物联网（IoT）技术是一种通过网络实现物与物、人与物之间信息交互的技术。

在环境监测领域，物联网技术可以实现远程、实时、自动化的数据采集、传输和处理，提高环境监测的效率和准确性。

无线环境监测系统是物联网技术在环境监测领域的重要应用之一，具有广泛的应用前景和市场需求。

三、系统设计1. 硬件设计无线环境监测系统的硬件设计主要包括传感器、数据采集器、无线通信模块等。

传感器负责采集环境数据，如温度、湿度、气压、空气质量等；数据采集器负责将传感器采集的数据进行初步处理和存储；无线通信模块负责将处理后的数据通过物联网网络传输到服务器端。

2. 软件设计软件设计是无线环境监测系统的核心部分，主要包括数据采集、数据处理、数据传输、数据分析与预警等模块。

数据采集模块负责从传感器中获取环境数据；数据处理模块负责对采集的数据进行清洗、格式化等处理；数据传输模块负责将处理后的数据通过物联网网络传输到服务器端；数据分析与预警模块负责对服务器端的数据进行分析，当出现异常情况时及时发出预警。

四、软件实现1. 开发环境与工具软件实现需要使用到开发环境与工具，如操作系统、编程语言、数据库等。

常用的开发环境包括Windows、Linux等操作系统，以及Python、C++等编程语言。

此外，还需要使用到数据库技术对数据进行存储和管理。

2. 数据采集与处理数据采集与处理是软件实现的关键步骤之一。

首先，需要配置传感器和数据采集器，确保它们能够正常工作并采集到准确的环境数据。

然后，使用编程语言编写数据采集程序，从传感器中获取环境数据。

1 前言1.1 课题的目的及意义随着我国科技迅猛发展，工业化程度不断地得到提高，但自然生态环境却遭到了越来越严重的破坏。

现实生活中，随着人们生活水平的提高，对生活环境的质量也提出来更高的要求。

当前，国内用于民用的生活环境监测系统较少，环境监测点通常位置分散、地理条件复杂、无人值守，因此人工抄取各监测点的数据很不方便、执行效率低，有线方式收集各检测点的数据投入大、布线麻烦、传输距离有限，没有形成完善的监控网。

环境检测技术被广泛应用于人们的日常生产和生活当中，传感器无疑是测量系统中重要的组成部分。

但是伴随传感器而来的是大量的数据线缆，众多的线缆不仅带来布线复杂的不便，而且存在着短路、断线隐患，成本高、易老化，错综复杂的线路还给系统的调试和维护增加了难度。

同时对于一些临时使用的传感器，搭接线缆十分不便。

因此，寻找一种便捷的、能够满足数据通信要求的无线通信技术，以解除线缆搭接复杂的困扰，成为一个亟待解决的问题。

随着射频技术、微电子技术及集成电路技术的进步，无线通信技术取得了飞速的发展，无线通信的实现越来越容易，传输速度越来越快，可靠性越来越高，并且逐渐达到可以和有线网络相媲美的水平。

与有线方式相比，无线方式具有如下几个显著的特点:①传输介质采用的是电磁波，特别适用于那些不适合或不方便架设电缆的现场。

②在应用单片机编解码接口技术的无线通信系统中，采用多字节地址编码，收发器的数量不受限制。

③具有电路简单、功耗小、体积小、成本低等优点。

研究工业环境下的无线数据通信技术是近年来新的发展趋势，无线技术已经渗透到数据采集领域，本设计将传感器技术与数据无线传输技术结合，成功完成温度、亮度、湿度、噪声等检测与无线传输系统的硬件电路和系统软件设计，力图以无线化解决由铺设电缆带来的诸多问题，为工业控制带来便利。

随着单片机的广泛应用和通信技术的日趋发展，超远程的实时监控越来越备受关注，尤其在国防和工业生产中更是起着无可替代的作用。

《基于无线传感网的环境监测系统的研究与实现》篇一一、引言随着科技的不断进步，环境监测已成为现代社会的重要课题。

无线传感网络（WSN）技术的快速发展为环境监测提供了新的解决方案。

本文旨在研究并实现一个基于无线传感网的环境监测系统，以提高环境监测的效率和准确性。

二、研究背景及意义环境监测是评估和保护生态环境的重要手段。

传统的环境监测方法多采用有线传输，然而这种方式存在着布线困难、维护成本高、灵活性差等问题。

无线传感网技术的发展为环境监测提供了新的可能性。

通过无线传感网络，可以实现对环境的实时监测、数据传输和远程控制，提高环境监测的效率和准确性。

三、系统设计1. 硬件设计本系统硬件部分主要包括无线传感器节点、网关节点、上位机等。

无线传感器节点负责采集环境数据，如温度、湿度、气压、空气质量等。

网关节点负责数据的汇聚和传输，将传感器节点的数据传输至上位机。

上位机负责数据的处理和存储，以及与用户的交互。

2. 软件设计软件部分主要包括无线传感网络的组网、数据传输、数据处理等。

无线传感网络采用合适的路由算法，保证数据的可靠传输。

数据处理部分对采集的数据进行预处理、分析和存储，以便后续的数据分析和应用。

四、系统实现1. 无线传感网络的组建无线传感网络的组建包括节点的布设、网络的组建和参数设置等。

根据实际需求，选择合适的传感器节点，布置在需要监测的环境中。

通过适当的路由算法，实现节点间的通信和数据传输。

2. 数据采集与传输无线传感器节点负责采集环境数据，通过无线方式将数据传输至网关节点。

网关节点对接收到的数据进行汇聚和初步处理，然后通过有线或无线方式将数据传输至上位机。

3. 数据处理与分析上位机对接收到的数据进行预处理、分析和存储。

通过数据分析，可以得出环境的变化趋势和规律，为环境保护和治理提供依据。

同时，上位机还提供与用户的交互界面，方便用户查看和分析数据。

五、系统测试与性能分析1. 系统测试对系统进行全面的测试，包括硬件性能测试、软件功能测试、数据传输测试等。

《基于物联网的无线环境监测系统设计与软件的实现》篇一一、引言随着科技的不断进步，物联网技术逐渐成为了各行各业的研究热点。

本文以基于物联网的无线环境监测系统设计与软件的实现为研究对象，通过对系统的设计理念、关键技术、系统架构、软件实现等方面的研究，以期为无线环境监测技术的发展提供有益的参考。

二、系统设计1. 设计理念基于物联网的无线环境监测系统设计，旨在通过无线传输技术实现对环境的实时监测，为环境保护、资源管理等领域提供数据支持。

设计理念主要包括实时性、可靠性、可扩展性等方面。

2. 关键技术系统设计涉及的关键技术包括无线通信技术、传感器技术、云计算技术等。

其中，无线通信技术是实现系统实时监测的关键；传感器技术则负责数据的采集与传输；云计算技术则用于实现数据的存储与处理。

3. 系统架构系统架构主要包括感知层、网络层和应用层。

感知层负责数据的采集与传输；网络层负责数据的传输与通信；应用层则负责数据的处理与展示。

三、软件实现1. 开发环境与工具软件实现需要选用合适的开发环境与工具。

常用的开发环境包括Linux、Windows等操作系统；开发工具则包括编程语言（如C++、Java等）、数据库管理系统（如MySQL、Oracle等）、软件开发框架（如Spring、Django等）等。

2. 软件架构设计软件架构设计应遵循模块化、可扩展性、可维护性等原则。

具体而言，可以采用分层架构或微服务架构，将系统划分为不同的模块或服务，以便于代码的管理与维护。

3. 数据库设计数据库是系统的重要组成部分，负责存储与管理数据。

数据库设计应遵循规范化、可扩展性等原则，根据实际需求设计合理的表结构、索引等。

同时，为了保证数据的安全性，还需要对数据库进行加密处理。

4. 算法实现算法是实现系统功能的核心部分，需要根据实际需求选择合适的算法。

例如，在数据处理与分析方面，可以采用数据挖掘、机器学习等算法；在数据传输与通信方面，则需要考虑数据压缩、加密等算法。