基于无线传感器网络的温湿度监控系统的设计方案 .pdfVIP

基于无线传感器网络的

温湿度监控系统的设计

方案

1.1课题背景

温度、湿度是非常重要的物理参数，与人们的生产生活密切相关。温

湿度测量及控制技术广泛应用于气象监测、食品仓储、工农业生产、工业

控制、科学研究以及日常生活当中。目前市场上的温湿度监测系统多采传

统的有线方式，必须在采集现场铺设大量的线缆用于传感器供电、信号传

输以及数据采集。近年来，无线通信、微电子技术、传感器技术以及嵌入

式计算等技术的不断进步，推动了低成本、低功耗无线传感器网络的发

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展，促使无线传感器网络成为当今活跃的研究领域。无线传感器网络由具

有感知能力、计算能力和通信能力的大量微型传感器节点组成，强大的数

据获取和处理能力使得其应用范围十分广泛。

基于需要监控的参数为温度、湿度两个物理量，因而设计低成本、低

功耗、高可靠性、高安全性的无线传感器网络技术的检测系统是有必要

的。无线传感器网络可监控室内不同点位的数据，通过传感器节点将环境

监测所需的信息方便快捷的传到计算机。比如在档案室、图书馆等场所布

置大量的传感器节点，并通过计算机监控和现实相关参数，同时实现上下

限报警，控制空调等功能。这种监测系统有效地解决了传统有线方式的信

号线，控制线，电源线混杂在一起，系统运行时，容易受到传输距离、电

磁干扰等因素的影响而变的不稳定，尤其是在测量点数较多或通信距离较

远时，系统的不稳定因素会变得更加严重等问题。

1.2课题研究的意义

温、湿度是人们日常生活中接触最多的两个物理量，人们的日常生

活、动植物的生存繁衍和周围环境的温湿度息息相关，石油、化工、冶

金、纺织、机械制造、航空航天、制药、烟草、档案保管、粮食存储等领

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域对温、湿度也有着较高的要求。例如：烟叶和纸张是吸湿性极高的材

料，卷烟生产的每一个阶段对温、湿度都有非常特别的要求，以确保所使

用材料的水分，保证生产的效率和产品质量；印刷车间的温、湿度控制水

平对印刷质量有很大的影响；为防止库存武器弹药、金属材料等物品霉

烂、生锈，必须保持环境温度不能过高和干燥；而水果、种子、肉类等的

保存又需要保证一定的湿度；在矿山、棉麻、塑料、粉末金属、食品生产

加工等企业的生产车间（环境）中往往会产生大量的可燃或易燃粉尘，如

果空气湿度过低，在一定的能量下，极易发生粉尘爆炸。随着科学技术的

发展，许多新兴产业对环境提出了更高的要求：制造大规模集成电路需要

极高的空气洁净度，生物化学制药需要精确的温湿度控制。因此，对温、

湿度的监测和控制已成为生产过程中非常重要的技术要求。温、湿度检测

与控制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

与控制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，成为一个亟需解决的问题。无线通信技术与有线通信技术相比，有成

本低、携带方便、不必穿墙钻孔布线、搭建网络简单快捷等优点。特别是

在有线网络不通畅或由于现场环境因素的限制不便架设线路的情况下，使

用无线通信技术进行数据采集、传输显得更加实用、高效、快捷。随着微

处理器以及微电子技术的发展，数字设备以其抗干扰、功耗低、便于微处

理器控制的特点，逐渐成为测控系统中的主流。

本课题将传感器技术和新兴的无线通信技术结合，力图以现场设备的

无线化来解决由线缆带来的诸多问题。

1.3温湿度传感器技术的现状及发展趋势

在后工业化时代，信息技术对社会的发展及科技的进步起了决定性作

用，传感器技术、通信技术、计算机技术构成了信息技术的三大支柱。传

感器技术是2l世纪人们在高新技术发展方面争夺的一个制高点，各发达国

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家都将传感器技术视为现代高新技术发展的关键。从20世纪80年代起，

日本就将传感器技术列为优先发展的高新技术之首，美国等西方国家也将

此技术列为国家科技和国防技术发展的重点内容。我国从20世纪8