室内甲醛检测系统开发方案.docx

甲醛浓度监控系统开发方案: 本项目旨在开发一个甲醛浓度监控系统，本系统采用了无 线的传输方式，并且结合了无线传感器网络来最终实现数据 的传输。无线传感器网络（Wireless Sensor Networks, WSN, 以下简称传感器网络）。 传感器网络由部署在监测区域内的大量微型传感器组成， 并通过无线通信方式形成多跳的自组织网络，其目的是协作 的感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发 送给观察者。传感器网络通常由多个单节点组成，各节点通 过传感或控制参数实现与周围环境的交互，节点之间必须通 过相互关联才能完成特定的任务，单个节点通常无法发挥作 用，而节点之间的关联性则是通过无线通信的方式实现。因 此，节点至少具有计算处理、无线通信、传感或控制能力。 K甲醛监控系统的体系结构 整体上甲醛监测采用DCS “分散控制，集中管理”的控 制方式，系统主要包括监控中心、下位机数据采集系统和无 线收发系统。监控中心包括一台计算机系统和一套的无线收 发接口装置，实现甲醛的实时数据采集、存储、分析以及监 视，并执行控制算法向相应输出驱动装置发出控制指令。下 位机数据采集系统由工作人员操作或摆放在工厂或房间的 某个部分检测甲醛浓度的含量，依靠无线发送系统与监控中 心进行实时的信息交换。下位机传感器与监控中心的通信以 无线通信方式实现。下位机传感器通过多跳链路将传感器节 点采集的甲醛信息发送给监控中心。 VYY甲醛 I检测 \仪I检测 \仪I检测〔仪检测 仪检测/甲醛\ V Y Y 甲醛 I检测 \仪 I检测 \仪 I检测 〔仪 检测 仪 检测 /甲醛\ I检测\ 设计任务主要包括无线收发模块硬件电路设计，上位机监 控软件的设计以及无线传输过程中各种协议的设计。 2、无线传感器节点设计 无线传感网络系统一般由监控中心、传感器节点和数据处 理模块，汇聚节点四部分组成。由于设计的需要和甲醛检测 环境的要求，本系统简化了无线传感网络的结构。汇聚节点 在本系统中即为数据转发基站包括无线通信模块，数据处理 模块与PC机通信模块三部分。传感器节点在本系统即为便携 式甲醛检测仪，在无线收发模块组成的基础上又增加了数据 采集模块，其模块框图如下图所示。监控中心与数据转发基 站之间通过RS. 485接口进行数据的传输。 无线收发系统结合现有的实验条件和科研能力，设计方案 最终选用MSP430系列MCU+nRF2401无线收发模块作为基本的 芯片配置，再附之其他功能模块，实现整个传感器节点的功 能。MSP430系列集成度高，芯片尺寸仅10mm*t0rero, I / o 口扩展丰富且功耗极低.nRF2401X作在2. 4GHz-ISM频段， 也有很高的集成度（片内集成了射频前端），尺寸小。该设计 方案不但性能出色，功耗低，接口电路扩展丰富，而且可以 得到芯片设计厂家提供的各类技术支持，从而提高了原型节 点试制的成功。 2.1通信协议：Home RF是在家庭区域范围内的任何地方， 在PC机和用户电子设备之间实现无线数字通信的开放性工 业标准。该协议主要针对家庭无线局域网，其数据通信采用 简化IEEE802. 11协议标准，沿用了以太网带有冲突检测的 载波监听多址技术CSMA / CD；在进行语音通信时采用DECT标 准，使用TDMA时分多址技术。Home RF工作频段是2. 4GHz, 支持数据和音频。基于该协议的网络是对等网，即网上的每 一个节点都是相对独立的，不受中央节点的控制，因此任何 一个节点离开网络都不会影响到网络上其他节点的正常工 作。它的另外一个特点是低功耗。 HomeRF采用跳频扩频（FHSS）技术，跳频速率为50跳/秒， 共有75个带宽为1MHz的跳频信道。调制方式为恒定包络的 FSK调制，分为2FSK与4FSK两种（注：釆用调频调制可以有效 地抑制无线环境下的干扰和衰落。）。2FSK方式下，最大数 据的传输速率为1Mbps； 4FSK方式下，速率可达2Mbpso在新 的标准Home RF 2. x标准中，采用了wBFH（Wide Band Frequency Hopping,宽带调频）技术来增加跳频带宽，由原 来的1MHz跳频信道增加到3MHz、5MHz,跳频的速率也增加到 75跳/秒，数据峰值达到10MbpS. 不难看出Home RF作为一种无线数据与语音通信的开放性 全球规范，它以低成本的近距离无线连接为基础。工作在 2.4GHz的ISM频段，抗干扰能力强，数据传输速率达，其有 效数据传输距离超过10m,不受到障碍物的影响。因此本系 统采用nRF2401模块作为无线传送的解决方案。 2.2收发模块：nRF2401是一款单片型射频收发芯片，其 工作于世界通用的2. 4-2. 5GHz的ISM频段。芯片内置频率 合成器、功率放大器、