基于ZigBee的火灾报警系统设计-开题报告

基于ZigBee的火灾报警系统设计-开题报告（精选6篇）

基于ZigBee的火灾报警系统设计-开题报告 篇1

本科毕业设计（论文）开题报告

课题名称：基于ZigBee的灾报警系统设计 学院（系）： 年级专业： 学生姓名： 指导教师： 完成日期：

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

随着经济的发展，高层建筑、地下建筑以及大型综合性建筑日益增多,火灾隐患也随之增加,火灾发生的数量及其造成的损失都呈逐年上升趋势。因此，有效的火灾报警系统成为保护人身生命财产安全的重要设施。

从火灾报警系统的发展过程来看[1]，大致可以分成三个阶段：多线性火灾报警系统，总线型火灾报警系统[2]和无线型火灾报警系统[3-4]。多线性报警系统由于电路复杂、布线多、可靠性差，已经逐渐被总线型报警系统取代，这种自动报警系统己采用微处理器控制，通过总线与控制器实现信号传送，它同以前的产品相比有了很大的飞跃，布线工作显著减少，安装调试变得容易，降低了安装和维修费用，目前国内生产的火灾自动报警系统大多数为此类产品[5]。

但随着社会的发展，这一系统已逐渐暴露出它的问题。由于采用了有线连接，线路容易老化或遭到腐蚀、磨损，系统耗材多、造价高、功耗大、扩展能力差、设计、施工与维护复杂[6]。在火灾发生前后不能有效地发挥其作用。解决这些问题的最佳方法就是取消硬线连接，使用可以即插即用的无线系统。

国际上许多著名的大学和公司纷纷从不同的层次、不同的角度对无线传感器网络进行了研究和开发。目前，国外在无线传感器网络方面的研究已经取得了一些积极的研究成果，他们已经成功地开发了全功能传感器。极少数企业已经开始使用无线传感器网络技术[7]。但是目前国外的类似产品，主要是作为楼宇自控系统的附属子系统，不符合我国有关火灾报警必须自成系统的设计原则，因此国外目前的无线火灾自动报警系统在我国消防消防领域的应用受到了限制。

主要的无线网络技术有蓝牙技术[8]、红外线技术、Wi-Fi技术、ZigBee技术等，这些技术各有优缺点[9]。火灾报警系统除了要求具有较好的可靠性，稳定性和实时性外，我们还希望火灾报警器的成本较低，方便我们大规模地在楼宇内布置节点，但蓝牙技术集成复杂，成本高，红外线技术只能在两种设备之间连接，Wi-Fi技术功耗大，都不适用于火灾报警。而ZigBee技术由于低功耗，低成本，组网能力强，成为火灾报警系统的最佳选择。

在国内，对于无线传感器网络的火灾报警系统的研究主要是在许多大学的研究所进行的，由于研究的目的不同，而所釆取的硬件设计平台也不近相同。这些研究主要集中于网络体系结构、能量管理、路由算法及通信协议等，例如，基于ZigBee的无线楼宇火灾监测网络设计，基于ZigBee的智能火灾报警系统设计等。随着ZigBee技术逐步成熟，国内多家单位将基于ZigBee的无线传感器网络应用于环境监测、煤矿安全、远程抄表、智能家居等领域开展了研究，从理论和实践上获得了突破，火灾报警系统无线化的时代即将到来。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题

ZigBee作为一种低功耗、低成本、高可靠性的无线通信技术，是非常理想的选择[10-11]。而近年来各国学术界在无线传感器理论研究和实践中所积累的理论和经验，为我们搭建基于ZigBee的无线火灾报警系统提供了重要的技术支撑。

1、本系统是基于ZigBee技术的无线火灾报警系统[12-15]，系统一改传统火灾自动报警系统的总线结构，采用ZigBee网状结构网络进行数据传输。解决了传统火灾自动报警系统布线难、后期维护复杂、误报率高、一些特殊场合不适用等一系列问题。

2、系统的总体设计。本系统分为三个模块：传感器模块、无线传输模块，上位机模块，传感器模块用于探测各个区域的温度、湿度、烟雾情况，通过无线传输模块送到上位机系统，完成对环境中温度、湿度及烟雾的测量。

3、系统的监控。本系统采用相应上位机软件，用于操作人员进行全网监控。系统完成对环境温度、湿度及烟雾气体检测，某项值超标即出发报警，同时实时记录报警信息。

4、系统的软硬件设计。系统采用CC2530单片机，作为无线传输模块，DHT11温湿度传感器，QM-2型烟雾传感器制作传感器模块，并设计PCB电路板。软件方面采用TI公司的Z-Stake协议栈，进行C语言编程。

三、研究步骤、方法及措施

1、对ZigBee技术进行深入的了解：了解无线网络技术，ZigBee协议栈结构，网络配置和拓扑结构。

2、确定系统总体设计方案：系统设计原则，系统软硬件设计方案，系统的功能。

3、系统硬件设计及分析：本系统采用CC2530芯片，作为无线传输模块，其中QM-2型烟雾传感器[16]，DHT11温度湿度传感器，作为传感器模块。

4、系统软件设计及分析：CC2530采用IAR Embedded Workbench 5.4进行C语言编程，用protel 99se软件进行传感器模块PCB板的制作，用Labview软件进行上位机系统的设计。

四、研究工作进度

1-4周，查阅ZigBee技术的相关书籍和文献，选择所需的芯片型号和所需的传感器型号，确定总体的设计方案。

5-8周，CC2530单片机的调试，实现CC2530的基本无线传输功能，protel 99se软件的学习，简单PCB板的的制作。

9-12周，进行无线传输模块和传感器模块的调试，实现简单地温湿度无线传输。

13-16周，学习Labview软件，设计人机界面，实现火灾报警系统的监控。

17周，撰写论文，准备答辩。

五、主要参考文献 施承,宋铁成.基于Zigbee协议的无线传感器网络节点的制作.广东通信技术, 2006,(1):10~12 2 潘倩姿,钱学荣.CAN总线协议的分析及其应用技术的研究.今日科苑, 2008,(06):192~19 3 瞿雷.一种新的无线网络通信技术ZigBee.单片机与嵌入式系统应用, 2006,(01):12~14 4 赵娜.无线火灾报警控制器的研制,硕士学位论文.哈尔滨工业大学, 2006, 6:3~4 5 张泽.中国消防产业发展调研报告(2010年).中国科学技术出社, 2011: 60~61 刘胜福,刘和平.基于ZIGBEE的分布式智能复合探测无线消防报警系统.自动化技术与应用,2008,27(7):67~70 7 汤文亮,曾祥元,曹义亲.基于ZigBee无线传感器网络的森林火灾监测系统.实验室研究与探索, 2010,29(6):49~53.8 李卓.蓝牙技术在火灾自动报警系统中的应用探讨.消防设备研究,2005, 24(03):64~65 9徐汉文.近距离无线技术的介绍和对比.数字社区&智能家居.2008, 1:33~36 10 Sinem Coreli Ergen.Zigbee/IEEE802.15.4 summary.Sep 10 2004:2~3 11 高守伟,吴灿阳.ZigBee技术实践教程.北京航空航天大学出版社,2009.6 12黄建华.基于ZigBee2006的无线传感器网络设计与实现.西安电子科技大学,2009,6 13 Andreas Vlissidis, Stavros Charakopoulos, Emmamouil Makryqiannakis.Thedevelopment of a platform based on wireless sensors etwoek and ZigBee protocol for the easy detection of the forest ire.Advances in Intelligent and SoftComputing,2010:391~399.14 Wang guozhu, Zhang Junquo, Li Wenbin,etc.A forest fire monitoring system on GPRS and ZigBee wireless sensor network.Proceedings of the 2010 5th IEEE Conference on Industrial Electronices and ApplicationsJCIEA, 2010:1859~1862.15 吴凤泉,李杰.胡德双.基于ZigBee的楼宇火灾报警系统的设计.微计算机信息,2009,25(7):42~44.16 济南联诚创发科技有限公司.烟雾传感器MQ-2规格书,2011

基于ZigBee的火灾报警系统设计-开题报告 篇2

1系统总体设计方案

整体方案如图1所示, 主要由烟雾传感器模块、路由器模块、协调器、PC组成, 其中:烟雾传感器模块主要功能是检测环境烟雾信息、温度以及节点自身电池电量 (考虑到检测环境的复杂性, 烟雾传感器采用电池供电) , 并将采集的信息发送给路由器节点或者协调器。

路由器节点具备烟雾传感器模块的功能, 并且能够接收烟雾传感器模块的数据并转发给协调器, Zigbee无线技术在室内点对点的通讯距离在50~70m左右, 当烟雾传感器模块与协调器的距离比较远时, 增加路由器模块, 增加通讯距离。

协调器实现组建网络和加入节点, 接收并存储各个烟雾传感器发来的消息, 并将信息通过串口传给PC。

PC通过串口接收处理协调器发来的数据与发送命令, 并在Labview软件中实现人机交互界面显示。

2系统硬件设计

2.1烟雾传感器模块与路由器模块设计

路由器模块硬件电路与烟雾传感器模块硬件电路基本一致, 这里只对烟雾传感器模块硬件电路做介绍。烟雾传感器模块是组成火灾报警系统的基本单元, 是构成火灾报警系统的基础, 主要由数据采集模块 (传感器、A/D转换器) 、数据处理模块 (微处理器、存储单元) 、无线通信模块、电源模块等组成, 如图2所示。

(1) 电池电压采集。

烟雾传感器模块采用电池供电, 因此对该模块电池电压的监测是有必要的, 电池电量过低的时候会导致整个模块罢工。模块周期性采集数据, 当采集完数据之后就进入休眠状态, 等待下一次发送数据时才被唤醒, 低电待机模式下, 2节5号干电池可支持1个节点工作6~24个月, 甚至更长, 电池不需要频繁更换, 这也使模块采用电池供电成为可能, 将通道5 (即CC2530芯片P0_5引脚) 作为ADC采样通道, 参考电压为片上AVDD_SOC (3.3v) , 12位分辨率, 将采集到的值转换为电压值, 通过无线发给协调器, 在上位机界面进行显示。

(2) 烟雾传感器。

烟雾传感器采用MQ-2半导体烟雾传感器, MQ-2传感器对液化气、丙烷、氢气、天然气和其他可燃气体灵敏度高, 当传感器所处环境中存在可燃气体时, 传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大, 其电路原理图如图3所示, 烟雾传感器模块主要由烟雾传感器MQ-2和电压比较器LM393组成。LM393将MQ-2输出的模拟电压与无火灾发生时MQ-2输出的阈值电压进行比较, 并输出二值数字信号DOUT。若大于阈值电压, 则说明有火灾发生, LM393输出0;否则, 说明无火灾发生, LM393输出1, 将DOUT与CC2530芯片P0_6连接, 通过检测P0_6口高低电平, 判断有无火灾发生。

(3) 温度传感器。

温度传感器采用单总线数字式的DS18B20。测温范围可达-55~125℃, 精度±0.5℃, 工作电压为3.3V。硬件连接电路上, 引脚1与引脚3分别与CC2530芯片的3.3V电源、GND相连, 引脚2为数据输入/输出引脚, 与CC2530芯片的P0_7引脚相连。

2.2协调器模块设计

如图4所示, 协调器部分电路主要由CC25030最小应用系统、电源模块、与上位机通讯的串口电路, 上位机界面采用Labview软件进行编写。

3系统软件设计

系统各个模块的编程开发环境为IAR Em bedded Workbench for 8051 8.10, 采用的协议栈为TI的ZStack-2.3.0-1.4.0, 主要包括协调器节点、路由节点及烟雾传感器模块程序设计。协调器上电后, 组建网络, 烟雾传感器模块与路由节点自动发现并加入网络。上位机通过串口给协调器发送命令, 协调器通过判断命令内容, 通过广播的方式通知网络中各个节点进行数据采集或者停止数据的采集, 当协调器接收到”周期采集”命令时, 协调器通过广播让网络中各个节点每隔2分钟采集一次数据并发送数据, 之后节点进入休眠状态;当协调器接收到”停止采集”的命令时, 网络中各个节点停止数据的采集, 直到下次接收到周期采集命令才开始周期性采集。采集的数据通过Labview软件在电脑上显示, 有异常通过界面报警指示灯通知值班人员, 并将发生故障的节点、时间记录下来。

4实验测试

本次实验通过一个烟雾传感器模块 (图6) 与协调器 (图7) 进行测试, 实验的主要目的是测试烟雾、温度的检测功能, 报警信号的产生和无线的收发。图7中①为DS18B20温度传感器, ②为MQ-2烟雾传感器, ③为模块电池电压采集线路, ④为模块电源模块, 采用3节1.5v号电池供电。

在MQ-2传感器旁用打火机放气体, 并将温度传感器放于电脑散热器出风口, 本次测试1s采集一次数据, 随着可燃气体浓度、温度增大, 如图5所示, 方形指示灯变为红色, 温度曲线快速上升, 并在下面的文本框中记录下发生异常的位置与时间。

5结语

本文提出了一种基于Zig Bee技术构建的低成本、低功耗的火灾报警无线传感器网络设计方案, 详细介绍了火灾烟雾报警传感器模块的设计原理, 对系统的硬件部分和软件部分进行了有机融合, 实现了系统功能的智能化, 并通过实验验证了方案的可行性, 在智能火灾监测系统中具有一定的实用价值和参考价值。

摘要：文章采用TI公司的CC2530为核心控制芯片, 以Z-Stack协议栈作为协议平台, 提出了一种基于Zig Bee的烟雾检测火灾报警节点设计方案, 系统实现烟雾信息的自动采集、实时信息查询、故障信息记录等功能, 并将协调器接收到的数据通过串口在Labview界面上显示。实验结果表明, 系统达到预期设计目标, 并具有结构简单、功耗低、性能可靠和体积小等优点。

关键词：ZigBee,烟雾报警,研究设计

参考文献

[1]昝杰.温度和烟雾监测及远程报警系统的设计与实现[D].成都:电子科技大学.2015.

[2]田亚立, 梁波, 尹少荣, 等.基于单片机的烟雾报警系统设计[J].电子测试, 2015 (21) :1.

[3]蒋海潮.Zig Bee技术在火灾报警系统中的应用研究[J].电子世界, 2016 (9) :114.

[4]杜军朝.Zig Bee技术原理与实战[M].北京:机械工业出版社, 2015.

基于ZigBee的火灾报警系统设计-开题报告 篇3

关键词：ZigBee；火灾监测；智能楼宇智能楼宇概念主要是通过将楼宇模仿人的智能机理而提出的，为了实现楼宇控制的智能化发展，必须不断引进各项全新的监测技术。采取新型的无线传感技术ZigBee，进行收集大量的数据作为充分的调控基础，从而实现安防管理和能源控制。能源控制任务主要在于进行管理楼宇的照明、空调等设备，安防系统主要是加强火警、盗窃类事件的报警处理。现阶段，有线与无线两种方式作为主要的数据传输手段，尤其是新型的zigBee作为一种先进的无线传感技术得到了广泛的应用，其应用优势在于能源消耗少、安装简单方便、维护快捷等。

一、ZigBee技术概述

ZigBee技术作为一种无线网络技术，主要用于中短距离无线系统的双向传输，2.14GHz、868MHz、915MHz等作为主要的工作频段。ZigBee技术可实现数据输出、控制命令输入等功能，满足传感器各种需求。基于AdHoC的路由协议，其主要特征在于数据速率低、功耗低、近距离等，可实现网络维护成本的最小化，实现网络的自我维护效果。

二、方案设计

（一）监测参数的选择。智能楼宇的智能化数据采集系统具有明显的多元化特征，本系统通过多点温度样值进行测量。智能化的大型楼宇，采取单监测点无法提供完整的信息。本研究通过基于无线传感网络的多点温度监测系统，从不同的角度进行采集数据，多结构安置传感器节点，才能全面监测所有的数据信息，综合判断所有的信息。

（二）系统架构。网络协调器、网络路由器和网络终端设备作为zighee中定义的三种设备，为了增强网络的简单性，延长节点的使用周期，必须科学调整传感器节点的数量与位置。本研究将星型拓扑应用于系统路由节点和终端节点之间，将网状拓扑应用于协调器和路由节点之间。

三、系统实现

（一）硬件实现。在系统开发过程中，采取H F-C C 2 4 3 0 z D K z ig Be e开发套件、D s l s B2 0 数字式温度传感器，进行采集温度数据，同时，通过c c2 43 0模组进行测量温度，将每个模组进行连接相应的温度采集传感器，利用路由节点将数据发至协调节点。

（二）软件实现。在实现软件设计中，网络协调器初始化信道时，产生不冲突的域网络标识符PANlD，且MAc层 会受到由网络层给定的网络管理试图发送的0x0 0 0 0作为地址。此系统采取阂值触发机制进行发送数据，温度大幅度下降，有效维持了较低的功耗，实现了整个系统无线通信的低消耗。

通过实现硬件与软件，可获取芯片内部的电压与测量到的温度数据，并传输到H F z-s m a r t RF0 4E B M的L c D屏移动终端，最终获取检测区域温度数据信息。

四、总体设计

（一）系统总体结构及各部分功能。楼宇的探测器节点、路由器、系统协调器、系统中心控制组成了本系统的重要组成部分，探测器节点主要是通过温度的变化，加强对火情的判断。结合实际的楼宇结构，将其设置于楼宇内不同的房间中。路由器在完成数据外传输的同时，还具备完成探测器节点的功能。协调器进行整理接收的信息后，通过有线方式结合系统中心控制器，进行传输数据。中心控制器可加强对楼宇内所有实时信息的检测。本系统中，ZigBee无线网络的主要构成部分包括探测器节点、路由器及协调器，各个部分直接通过无线方式进行传输信息。协调器通过串口通信方式，将获取的信息传输给系统中心控制器，并反馈于相关的工作人员，以实现良好的楼宇火灾监控功能。

（二）系统设备间的通信。本系统的各个探测器节点，利用路由器将区域的状态信息传输给调器，协调器经过汇总全部的节点信息，并传递向控制器，从而实现了楼宇的火灾监测能。在系统运作中，探测器、路由器、协调器及控制器之间实现有效的信息传输，实现各项监测功能。系统中各个节点进行信息传输时的功能主要体现如下：①节点登录。在建立ZigBee无线火灾监测网络过程中，首先是采取协调器进行组建网络，并安装在楼宇内部的探测器中，最终应用于该网络当中。在网络中置入探测器后，首先进行搜索附近的网络，将最短路径的路由器置入网络中。探测器将搜索信息发送给协调器，并进行保存基本信息，为节点的管理提供充分的依据。②汇报工作状态。工作状态信息可确保各个探测器节点的正常运行，正常连接各个协调器。在组成系统网络后，协调器进行接收该节点的状态信息，并进行保存此节点发送状态信息的次数，以增强查询的方便性。在相应的时间内，协调器会进行查询各个探测器节点的状态信息，在节点未向协调器发送状态信息的情况下，协调器将会主动要求该节点将状态信息发送给协调器。在发送请求信息的情况下，探测器节点未向协调器发送状态信息，则通过协调器会发现探测器节点发生故障，并显示相关的信息。③警情汇报。系统正常工作后，探测器节点将会收集相应的温度信息，并进行判断该范围内是否发生火情。在发现火情产生的情况下，探测器节点会在第一时间通过路由器接，向协调器发送相关的告警信息。协调器接收告警信息后，将进行更新探测器节点的状态信息，并向控制器传送该告警信息。控制器接收到告警信息后，将会显示MAC地址、地理信息等火情节点基本信息。此时，监控人员通过了解控制器显示的探测器节点信息，从而采取相应的火情处理方案。另外，控制器同时还会给发生火警的探

测器节点发送确认信息，探测器节点将会作出相应的动作，比如闪灯提示火情的位置，利用通过路由器及协调器向控制器传递确认消息，以实现良好的警情汇报功能。④节点联动控制。在系统运作过程中，探测器节点发现有火情产生，并反馈于控制器，将向系统内的节点发送控制信息，比如通过闪灯等操作，以改变火灾现场的节点的休眠状态。实际的操作如下：在出现火情后，控制器向节点发送控制信息，节点将退出休眠状态，实现节点的联动，直到

消防工作人员的到来。在解除警情后，控制器将会向节点发送相应的复位命令，节点将会解除最初的报警状态，并实现复位操作，从而进入稳定健康的工作状态。

结束语：随着社会经济的全球化发展趋势，智能楼宇概念的内涵和外延逐渐丰富化、多元化，不断为住户提供更加舒适安全的生活方式。ZigBee作为一种全新的通信技术，其应用可进行综合处理传感器数据，有效减少了数据传输流量，实现节点的低能消耗量，从根本上保障系统火灾报警精准率的提高。综上所述，通过将传感器作为终端的数据采集手段，采取zig

Bee无线传输技术作为媒介，进行设计温度监测系统，从而为智能楼宇高管理提供充分的技术支撑。

参考文献：

[1] 赵文静.基于ZigBee技术的智能楼宇监测系统的设计[D].杭州电子科技大学,2010.

[2] 朱科,吴荣庆,邱扬.基于ZigBee技术的智能楼宇火警监测系统的设计[J].科技传播,2012,17(13):203-204.

基于ZigBee的火灾报警系统设计-开题报告 篇4

业

论

文

开

题

报

告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：

文

献

综

述

一、题目背景和研究意义

温度是工业生产中最常见和最基本的参数之一，在生产过程中常需对温度进行实时监控。通常采用单片机完成对温度信息的存储、实时控制、检测以及数字显示。这对于提高企业生产效率、提升产品质量、节约能源等都有重要的作用。为此，本文设计了一种温度采集系统，选用DS18B20数字温度传感器和TI公司的MSP430FG4618单片机作为主控制器[1]。

采用这种设计的温度采集系统，可以实现温度检测、信息存储、实时控制以及数字显示，对于提高企业生产效率、节约能源及资源都有重要的作用，具有很大的发展前景[1]。

二、温度传感器及温度测量的国内外发展现状

2.1

温度传感器的国内外发展现状

温度的测量方法通常分为两大类即接触式测温和非接触式测温。接触式测温是基于热平衡原理，测温时，感温元件与被测介质直接接触，当达到热平衡时，获得被测物体的温度，例如，热电偶，热敏电阻，膨胀式温度计等就属于这一类；非接触式测温基于热辐射原理或电磁原理，测温时，感温元件不直接与被测介质接触，通过辐射实现热交换，达到测量的目的，例如，红外测温仪、光学高温计等[2]。

常用的测温传感器有热电偶，热电阻，导体温度传感器等，由于科学技术的发展，现多使用集成温度传感器，这里选用的是DS18B20。

集成温度传感器可以分为三类：模拟集成温度传感器、模拟集成温度控制器、智能温度传感器。

智能式传感器是一个以微处理器为内核扩展了外围部件的计算机检测系统。相比一般传感器，智能式传感器有如下显著特点[3]：

1.提高了传感器的精度

智能式传感器具有信息处理功能，通过软件不仅可修正各种确定性系统误差(如传感器输入输出的非线性误差、服度误差、零点误差、正反行程误并等)而且还可适省地补偿随机误差、降低噪声，大大提高了传感器精度。

2.提高了传感器的可靠性

集成传感器系统小型化，消除了传统结构的某些不可靠因素，改善整个系统的抗干扰性能；同时它有自诊断、自校淮和数据存储功能(对于智能结构系统还有自适应功能)，具有良好的稳定性。

3.提高了传感器的性能价格比

在相同精度的需求下，多功能智能式传感器与单一功能的普通传感器相比，性能价格比明显提高，尤其是在采用较便宜的单片机后更为明显。

4.促成了传感器多功能化

智能式传感器可以实现多传感器多参数综合测量，扩大测量与使用范围;有一定的自适应能力，根据检测对象或条件的改变，相应地改变量程反输出数据的形式;具有数字通信接口功能，直接送入远地计算机进行处理；具有多种数据输出形式(如RS232串行输批，PIO并行输出，IEE-488总线输出以及经D/A转换后的模拟量输出等)，适配各种应用系统。

2.2

温度测量的国内外发展现状

虽然温度测量方法多种多样，但在很多情况下，对于实际工程现场或一些特殊条件下的温度测量，比如对极限温度、高温腐蚀性介质温度、气流温度、表面温度、固体内部温度分布、微尺寸目标温度、大空间温度分布、生物体内温度、电磁干扰条件下温度测量来讲，要想得到准确可靠的结果并非易事，需要非常熟悉各种测量方法的原理及特点，结合被测对象要求选择合适的测量方法才能完成。同时，还要不断探索新的温度测量方法，改进原有测量技术，以满足各种条件下的温度测量需求[4]。

温度是度量物体冷热程度的一个物理量，是工业生产中很普遍、很重要的一个热工参数，许多生产工艺过程均要求对温度进行监视和控制，特别是在化工、食品等行业生产过程中，温度的测量和控制直接影响到产品的质量和性能。传统的接触式测温仪表如热电偶、热电阻等，因要与被测物质进行充分的热交换，需经过一定的时间后才能达到热平衡，存在着测温的延迟现象，故在连续生产质量检验中存在一定的使用局限。

目前，红外温度仪因具有使用方便，反应速度快，灵敏度高，测温范围广，可实现在线非接触连续测量等众多优点，正在逐步地得以推广应用。表1列出了常用的测温方法和特点，其中红外测温作为一种常用的测温技术显示出较明显的优势。

测温方法

温度传感器

测温范围（℃）

精度%

接触式

热电偶

-200~1800

0.2~1.0

热电偶

-50~300

0.1~0.5

非接触式

红外测温

-50~300

其它

示温材料

-35~2000

<1

表1常用测温方法和特点

三、课题的基本技术原理

1.基于MSP430的温度采集系统的结构

本系统主要由DS18B20温度传感器及MSP430单片机两部分组成，其系统结构框图如图1所示：

DS18B20温度传感器

MSP430单片机

报警模块

按键输入模块

LCD显示模块

电源及复位模块

图1

温度采集系统结构框图

上述各个模块的功能是：

传感器：将被测非电量即温度转换成电信号。温度传感器的种类很多，有热电偶、热电阻和热敏电阻等，这里选用的是DS18B20集成温度传感器。

MSP430微处理器：实现对从传感器输入的数字信号进行存储、控制及显示等功

能。

按键输入模块：应用软件程序确定报警启动的上限温度及下限温度。

电源及复位模块：为整个系统提供电源及复位信号。

报警模块：当所测温度超过设定的上限温度或下限温度时启动，蜂鸣器报警。

LCD显示模块：显示当前所测得的温度值。

2.温度传感器的选型

2.1

温度传感器的选型

本设计选用DS18B20温度传感器，作为一种数字化温度传感器，DS18B20测温时无需任何外部元件，可直接输出9~12位（含符号位）的被测温度值，测温范围为-55Ǜ~+125℃；在-10~+85℃范围内测量精度为±0.5℃，输出测量分辨率可谓，最高可达0.0625℃；支持“单线总线”技术，仅需要占用一个通用I/O端口即可完成与单片机的通信；现场温度直接以“单线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰能力。传感器DS18B20具有体积更小、精度更高、适用电压更宽、采用一线总线、可组网等优点，在实际应用中取得了良好的测温效果[5]。

2.2

DS18B20的内部结构及管脚分布

DS18B20主要由4部分组成：64位ROM、温度传感器、非挥发的温度报警触发器TH和TL、配置寄存器，如图2

所示。ROM的作用是使每一个DS18B20都各不相同，这样就可以实现一根总线上挂多个DS18B20的目的。高低温报警触发器TH和TL、配置寄存器均由一个字节的EEPROM组成，使用一个存储器功能命令可对TH、TL或配置寄存器写入[6]。

64位ROM

和单线端口

存储器和逻辑控制

暂存器

8位CRC产生器

温度传感器

上限触发TH

下限触发TL

电源检测

VDDD

DQ

图2

DS18B20的内部结构

DS18B20数字温度计以9位数字量形式反映器件的温度值。DS18B20通过一个单线接口发送或接收信息，因此在中央微处理器和DS18B20之间仅需要一条连接线（加上地线）。用于读写和温度转换的电源可以从数据线本身获得，无需外部电源。因为每个DS18B20都有一个独特的片序列号，所以多只DS18B20可以同时连接在一根单线总线上，这样就可以把温度传感器放在许多不同的地方。这一特性在HVAC环境控制、探测建筑物、仪器或机器的温度以及过程监控和控制等方面非常有用[7]。

GND：接地

DQ：数据输入/输出脚。对于单线操作：漏极开路

VDD：可选的VDD脚。

3.MSP430的简介及功能特性

3.1

MSP430的简介

MSP430系列单片机是美国德州仪器（TI）1996年开始推向市场的一种16位超低

功耗、具有精简指令集（RISC）的混合信号处理器(Mixed

Signal

Processor)。称之为混合信号处理器，是由于其针对实际应用需求，将多个不同功能的模拟电路、数字电路模块和微处理器集成在一个芯片上，以提供“单片”解决方案。该系列单片机多应用于需要电池供电的便携式仪器仪表中[8]。

3.2

MSP430的功能特性[9-16]

低电源电压范围：1.8V至3.6V

超低功耗：主动模式：400微安在1MHz，2.2V也可

待机模式：2.5微安

关闭模式（RAM保持）：0.35微安

有5种省电模式，待机到唤醒不到6us

如表2

模式

状态

低功耗模式0

LPM0

CPU关闭，ACLK和SMCLK信号活动，MCLK停止

低功耗模式1

LPM1

CPU关闭，ACLK和SMCLK信号活动,MCLK停止，若没有被外围模块使用,DCO发生器关闭

低功耗模式2

LPM2

CPU关闭，MCLK和SMCLK停止，-ACLK保持活动，DCO发生器保持活动

低功耗模式3

LPM3

CPU关闭，MCLK和SMCLK停止，-DCO发生器停止，ACLK保持活动

低功耗模式4

LPM4

CPU关闭，MCLK和SMCLK停止，-ACLK停止，DCO发生器停止，晶体振荡器停

表2

MSP430的5种省电模式

16位RISC架构，扩展内存，125ns指令周期时间

三通道内部DMA

12位A/D转换器具有内部参考，采样保持和自动扫描功能

电源电压监控器可编程电平检测

串行通信接口（USART1的），选择异步UART或同步SPI的软件三个可配置运算放大器

FALSH存储模块主要特点：

编程可使用位、字节和字操作

可以通过JTAG、BSL和ISP进行编程

1.8V~3.6V工作电压，2.7~3.6V编程电压

数据保持时间从10年到100年不等

可编程次数从100到

100,000次

60K空间编程时间<5秒

保密熔丝烧断后不可恢复，不能再对JTAG进行任何访问

FALSH

编程/擦除时间由内部硬件控制，无需任何软件干涉

参考文献：

[1]王晓银，基于MSP430F149单片机的温度监测系统的设计[期刊论文]-微计算机信息，2006(22)

[2]姜忠良，陈秀云.温度的测量与控制[M].北京:清华大学出版社,2005：26~27

[3]金永贤，智能化电子产品的低功耗设计[J]，华东交通大学学报，200l，18(1)：15-16．

[4]叶湘滨、熊飞丽等.传感器与测试技术[M].北京：国防工业出版社，2008：285~28

[5]陈跃东，DS18B20集成温度传感器原理及其应用，2002(4)

[6]Teaxs

Instrument

Inc

MSP430xlxx

family

user＇s

guide

2007

[7]

周云波，由DS18B20单线数字温度计构成的单线多点温度测量系统，1996(2)

[8]祖静，新概念动态测试.动态测试技术专题，2006

[9]秦龙，MSP430单片机常用模块与综合系统实例精讲，2007

[10]TeaxslnstrumentIncMSP430x15x,MSP430x16x,MSP430x161xmixedsignalmicrocontroller

2007

[11]张文栋，存储测试系统的设计理论及其应用，2004

[12]沈建华、杨艳琴、翟骁曙，MSP430系列16位超低功耗单片机原理与应用，2008

[13]魏小龙，MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例，2002

[14]Teaxs

Instrument

Inc

MSP430F16X/161Xdeviceerrata

Sheet

2007

[15]胡大可，MSP430系列单片机C语言程序设计与开发，2003

[16]魏小龙，MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例，2002

２．本课题要研究或解决的问题和采用的研究手段（途径）：

一．本课题所要研究的问题：

如何设计一个温度采集及显示系统。1.设计MSP430单片机的最小工作系统及其外围模块电路；2.学习DS18B20温度传感器的单总线协议；

3.调试各个功能模块的程序，使该系统能够测量并显示温度值；4.检测系统的功耗。

二．本课题拟采用的研究手段：

拟设计的研究方案框图如图3所示。

DS1B20传感器

Msp430单片机

时钟

复位系统

电源系统

LED显示及报警

图3

方案的总体设计框图

该方案选用DS18B20作为温度传感器、MSP430为主控制器，并将温度值显示在LCD显示屏上。传感器根据温度的变化输出一定的模拟数字信号，该信号进入MSP430中，此过程需要系统内的定时器按照一定的频率控制不断循环运行，从而达到实时采集的目的，采集后的温度值存储于FLASH中。最后，经LCD液晶显示屏把温度显示出来，并在必要的时候报警。

三．相关软件环境和开发平台

软件平台：电路原理图、PCB板图制作软件PROTEL

99SE；MSP430相关的软件编程环境

IAR

硬件平台：万用表、示波器、计算机等

毕

业

论

文

开

题

报

告

指导教师意见：

X同学通过检索大量的温度传感器及温度测量电路的相关论文资料，对本课题的研究背景、研究意义、国内外研究现状的相关理论都有了基本的了解。

本设计拟采用MSP430芯片完成对温度的测量，同时涉及单片机最小系统及低功耗的设计。开题报告书写条理清晰、思路明朗、结构紧凑、有着重点。

该方案合理可行，同意开题。

指导教师：

****年**月**日

所在系审查意见：

系主任：

毕业设计治理系统开题报告 篇5

毕业设计开题报告(理工类)

设颊光目

毕业设计治理系统教师治理模块的开发

学生姓名

###

学号

###

专业

计算机科学与技术

1、课题的目的意义：

毕业设计的治理是高校治理工作中的1项重要内容。随着高等教育教学改革的不断深进，对于高校毕业设计治理的规范化。学化、信息化已成为目前面临的重要课题。目前。很多高校的毕业设计治理还存在1些题目。例如：根据教学要求。通常学生在大学最后1年需要在外地进行实习.此时又面临着毕业设计选题题目;另外，毕业设计完成时，论文的上交也存在困难。同时在做毕业设计的过程中。由于学生在外地，指导老师对学生的指导和交流也会碰到1些麻烦。要解决以上这些题目.1方面要进步治理员业务知识和治理水平;另1方面要充分利用现代科学技术，建立现代化的治理信息系统.近几年来我国各大中专院校加快了信息化进程，基本上都建立了自己的校园网，这为我们系统的开发提供了必备的物质基础。

毕业设计治理系统它能很好的解决以上的题目，极大地便捷了学生和指导老师，明显地进步了工作效率。而且通过本次设计可以让学生更加熟练把握软件开发的1般过程，中药材天地网并对所学知识做1个全面的总结。

2、近年来国内外研究现状：

由于国外信息化进程比我国早210几年，早在10几年前就出现了很多优秀毕业设计治理系统，纵观这些系统主要有以下几个特点：1.先进性：实现网络化，甚至1些著名院校都实现跨校访问历年毕业论文。2.通用性：各专业都能使用。3.方便性4.灵活性：题库随时更新。而我国进几年业出现了1些系统但其通用性都比较差，大部分学校都没有专门的服务器往维护只是在邻近毕业生选题时才向外开放，不能够实现资源共享。而甚至有些学校现在还没有毕业设计治理的网站，义乌网站优化只是通过人工的选题方式进行选择，使毕业设计失往了公平和效率。适合做手机铃声的英文歌因此建立自己毕业设计治理系统可以使高校毕业设计治理效率更高，使其更加规范化.科学化和信息化，满足教学和治理要求。

3、设计方案的可行性分析和预期目标：

系统的可行性研究主要包括：技术可行性、操纵可行性等等。

技术可行性：为了方便交互式应用和数据的大型存储，毕业设计治理系统必须采用B-S框架模式而且支持大型的后台数据库，而Asp。net+SQLSERVER数据库正好满足了交互与大型存取两方面。可见使用Asp。net毕业设计治理系统在技术上是可行的。

操纵可行性：毕业设计治理系统是1个集成了选课。审核。学生与老师的交流的网站，用户只要会上网就应该会使用本网站，网站各个部分都有说明和提示，引导用户达到他们的目的`。

预期目标：通过对毕业设计治理系统的需求分析，分析其可行性及重要性，进而对系统的各个模块进行分析、设计。教师和学生可在任何地方进行选题和申报课题。满足外出实习学生的选课需求。

系统包括以下模块：

1。用户登录模块

2。教师用户模块

(1)修改个人信息。教师可以修改自己的个人信息(如：密码、电话、电子邮箱等);

(2)上报课题。教师根据专业的不同分别申报课题。此处应该有课题数目限制功能;

(3)课题治理。此功能实现教师对课题的治理，义乌网络推广中药材天地网对于未评审和没有通过评审的题目，可以作修改或删除操纵，而对于评审通过的题目，则只能做查看。

(4)学生选择课题后，教师可以查看学生名单与联系方式;

(5)设计期间教师可以和学生相互交流(文字和文件);

(6)上报成绩。完成教师上报学天生绩的功能，其中成绩分为指导教师成绩、评阅教师成绩、答辩成绩，总成绩自动计算。

(7)教师可以查看历年课题等辅助功能。

3。治理员用户模块

(1)对教师的添加、删除等功能;

(2)对学生的添加(excell文件导进)、删除

(3)课题的审核治理

(4)其他维护系统运行的功能(如选题时间、选题专业的设置等等);

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毕业论文

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基于I

基于ZigBee的火灾报警系统设计-开题报告 篇6

近年来,随着人们经济收入以及生活水平的不断提高,各种用电设备不断增加,而为了满足各种电气设备的电力供应,楼宇内各种线路密布,同时因这些电力线路及用电设备而引发的火灾在逐年增加。据国家相关部门统计,2015年的电气火灾占到总火灾的30.1%,造成了大量的人员伤亡和财产损失。因此,需要查明原因、找到根源,采用科学有效的方法来减轻灾害。

2 Zig Bee技术无线定位原理

Zig Bee常用的测距技术有RSSI、TOA、TDOA和AOA。因为传感器节点本身具有通信能力,而且芯片具有测量RSSI值的功能,所以RSSI技术与其它测距技术相比,其功耗与成本就会更低。故而本系统主要利用RSSI技术来实现我们的目的———区域定位。

在此Zig Bee无线定位技术中,主要根据接收信号的强度,利用理论与模型来计算节点的位置。我们依据节点对自己的位置是否已知,可以把传感器节点分为两种:参考节点(Referencenode)、盲节点(Blindnode)。其中参考节点是一个静止的节点,可通过GPS精确测定自己的位置;盲节点是一个移动节点。如图1所示,参考节点提供自己位置的X、Y坐标和RSSI值,盲节点收集这些信息,计算出自己的位置,将位置信息发给网关。其中RSSI值的计算公式为RSSI=-(10n·log10d+A),n为传播常量,d为距发射之间的距离,A为距离1m时的接收信号强度;RSSI值越大,则通信节点越靠近。当一个盲节点得到至少3个相对于自己的不同参考节点的距离后,就能够确定自己的位置。如图1所示,三条圆弧的交点即为盲节点R的位置,已知A(x1,y1)、B(x2,y2)、C(x3,y3)的坐标及相对盲节点R的距离:d1、d2、d3,则计算R的坐标(x,y)方程式为:

解方程即可得x,y值。

3 系统结构与功能

在Zig Bee网络中要用到两种设备:FFD(全功能设备)和RFD(半功能设备),这两种设备要应用到以下3种节点类型中:协调器、路由器和终端节点。其中协调器由一个FFD组成,是网络的核心,负责网络的建立以及下发地址,最终完成基于Zig Bee协议的大量服务。路由器同样是一个FFD,负责对网络的搜索,对一些新加入路由的终端节点,为其分配地址。终端节点是Zig Bee网络中最简单的节点,可以是FFD或RFD。

本系统主要是应用在楼宇内房间及走廊等较为复杂的环境中,所以Zig Bee网络采用了成本低、覆盖范围大的树型网络拓扑结构。终端节点采用RFD,只能与从属于自己的父节点进行通信。

系统主要由三部分组成:Zig Bee无线传感器网络、通信模块以及控制中心。如图2所示为系统结构示意图,其中Zig Bee无线传感器网络是我们的主要研究对象,负责对火灾的监测、定位,其组成部分主要为:参考节点、盲节点、协调器节点以及网关节点。由上面的Zig Bee技术定位原理可知,定位时,最终盲节点将自身的位置信息发送给无线网关,之后网关通过GPRS通信网络接入外网中的控制中心,从而使相关人员能够通过网络及时对火灾定位。同时,我们也可以通过无线传感器网络将现场的火情、温湿度、有害气体情况等信息经通信网络传输给控制中心,从而有利于工作人员对整个火灾情况有效监测。

4 系统构建过程

4.1 硬件设计

如图3所示,传感器节点的硬件实现主要包括4个模块:①传感器模块;②MCU(微控制单元,即单片机)模块;③无线通信模块;④电源模块。传感器模块主要负责采集监测区域内的信息和数据转换;MCU模块主要完成数据处理、控制以及存储工作;无线通信模块主要是进行与其他节点间的无线通信;电源模块主要为前三个模块提供电源支持。无线通信模块主要采用2.4GHz射频收发器CC2420芯片,性能稳定,功耗极低。芯片共有4个SPI通信接口,分别为:CSn、SI、SO、SCLK。

4.2 软件设计

4.2.1 Zig Bee传感器网络设计

对于无线传感器网络,我们首先要进行初始化操作,对CC2420和Z-Stack协议栈进行初始化。之后由协调器扫描信道,组建新网络,同时建立网络的ID号和频道号,然后协调器进入监测状态。当收到新节点入网请求信息后,处理新节点的加入。RFD节点通电初始化后,负责对楼宇电气线路的电压、电流、温度、剩余电流等参数的变化进行采集,并不断扫描周围可用的网络,然后加入其中一个网络,并将协调器或路由器当作其父节点,接下来就进入到休眠状态。当接收到协调器命令时,则被唤醒,进行无线收发工作。

在程序具体实现时,我们需要在Z-Strack协议栈上完成定位算法代码嵌入。Z-Strack是Zig Bee的核心协议程序,是基于Zig Bee技术的火灾定位系统软件程序的关键组成部分。

4.2.2 数据中心程序设计

数据中心管理软件采用VC++进行开发,前台为用户界面,后台为数据库管理。管理人员通过用户界面可看到监测点的相关数据,当监测值满足超过设定阈值和达到触发时间这两个条件时,系统发出警报信号,报警指示灯亮,同时指定报警位置,通知消防人员进行救援。所有的监测点信息数据及分析情况都要存储到后台数据库中进行管理,供用户随时查询。

5 小结

实践表明,电气火灾监测定位系统在一定程度上减少了因电气事故而引起的火灾。本文将Zig Beer技术引入到电气火灾定位系统中,降低了传统有线传输的成本,解决了其不易扩展的局限性。在本系统的具体设计实施中要注意两个关键问题:一是楼宇内环境复杂,通信信号强度不稳定,所以采集的RSSI值尽可能多,来提高定位的准确性;二是阈值的设定要合理,当发生漏电故障时,并不会马上发生火灾,因此,阈值过小则会造成人员物资浪费,阈值过大则可能使火灾无法得到及时有效救援,造成严重的后果。

参考文献

[1]王黎明.基于Zig Bee技术的楼宇火灾自动报警系统设计[J].吉林省教育学院学报:下旬,2015(11):153-154.

[2]郝园,揭金良,苗春利.数据仓库技术及其在电信行业中的应用研究[J].电脑与电信,2010(5):55-57.

[3]狄飞,张莉君,陈飞.基于Zig Bee的无线火灾监测系统[J].太赫兹科学与电子信息学报,2014(6):896-901.

[4]肖燕.基于Zig Bee的无线传感器网络研究[J].湖南农机,2014(1):57-58.