基于STM32及LABVIEW的环境监测系统设计

2015届毕业设计说明书基于STM32及LABVIEW的环境监测系统研究院、部：电气与信息工程学院学生姓名：指导教师1：肖冬瑞职称助教指导教师2：王韧职称副教授专业：电子信息工程班级：电子1102完成时间：2015年6月I摘要随着人们生活质量的提高，对于生活环境的问题，人们的关注度进一步提高，同时政府部门采取了许多措施来改善环境状况。但是总体上来说我国的环境监测技术水平比较落后，传统上的监测手段比较单一，监测数据也不够准确，耗尽了大量的人力和财力，却成效不高。针对上述缺点，论文综合了嵌入式处理技术、传感器技术、无线网络通信等技术，设计了一个基于STM32及LabVIEW的无线环境监测系统，系统主要实现了对湿度、温度、有毒气体参数进行实时监测的功能。为了实现无线数据传输功能，采用了ZigBee无线组网技术和GSM技术。为了达到实时监测要求，利用LabVIEW编写了系统上位机软件。系统的测试分析表明系统整体数据采集性能良好，数据传输稳定性可靠，到达了预期目标。系统与传统的监测技术相比，具有监测数据准确，监测范围广，智能化高等特点。且系统具有一定的创新性，在实际的工程运用和理论研究上体现出了一定的研究价值。关键词：环境监测；嵌入式技术；虚拟仪器；紫蜂技术IIABSTRACTWiththeimprovementoflivingstandard,peoplepaymoreandmoreattentiontothelivingenvironmentalproblems.Thegovernmenthastakenalotofimprovementatthesametime.Butonthewholeenvironmentalmonitoringtechnologyisrelativelybackwardinourcountry.Thetechnologyoftraditionalmonitoringmethodissingleandmonitoreddataisalsonotaccurate.Thetechnologyhascostalotofmanpowerandfinancialresources,buttheresultisunsatisfactory.Fortheaboveshortcomings,combiningtheembeddedprocessingtechnology,sensortechnology,wirelessnetworkcommunicationtechnology,thispaperdesignsawirelessenvironmentmonitoringsystembasedonSTM32andLabVIEW.Thesystemmainlyrealizesthereal-timemonitoringoftemperature,moistureandtoxicgas.ThesystemadoptswirelesswaytotransferdatabasedonZigBeeandGSMtechnique.Inordertorealizethereal-timemonitoring,theauthorprogrammedofaPCinterfacewithLabVIEW.Aseriesofanalysesindicatedthatthesystemexcellentlyoperateswithstableperformance,andhasrealizeddesiredgoals.Comparedwiththetraditionalmonitoringtechnology,thewirelessenvironmentmonitoringnetworkhastheaccuratemonitoringdata,widemonitoringrange,highintelligence,etc.Thewirelessenvironmentmonitoringnetworksystemalsohascertaininnovation.Ithasresearchvalueinengineeringapplicationandacademictheory.Keywords:environmentalmonitoring;STM32;LabVIEW;ZigBeeIII目录1绪论............................................................11.1环境监测系统的研究背景和意义...............................11.2环境监测系统的研究现状.....................................21.3论文主要研究内容及结构.....................................32系统方案分析与关键技术介绍.......................................42.1系统的功能分析与设计.......................................42.2LabVIEW介绍...............................................52.3ZigBee技术................................................52.3.1ZigBee技术概述......................................52.3.2ZigBee网络协议......................................62.3.3ZigBee网络拓扑结构..................................72.4GSM技术...................................................82.5本章小结...................................................83系统硬件设计....................................................93.1系统总体硬件设计...........................................93.2数据采集发送部分硬件设计...................................93.2.1ZigBee模块选型与设计...............................93.2.2传感器选型.........................................113.3数据接收控制部分硬件设计..................................123.3.1嵌入式微处理器选型.................................123.3.2控制器电源电路设计.................................133.3.3晶振和复位电路设计.................................133.3.4下载电路设计.......................................143.3.5串口通讯电路设计...................................143.3.6SD卡电路设计......................................153.3.7LCD显示电路设计...................................163.3.8GSM电路设计.......................................173.3.9本章小结...........................................184系统软件设计...................................................19IV4.1数据采集传输模块软件设计...................................194.1.1系统通信协议设计....................................194.1.2ZigBee节点程序设计.................................204.2数据处理显示模块软件设计...................................234.2.1总体任务程序设计....................................244.2.2GSM程序设计........................................264.3LabVIEW上位机软件设计.....................................274.4本章总结...................................................305系统测试分析....................................................315.1ZigBee数据包抓包实验分析..................................315.2串口接收数据包实验分析.....................................315.3控制器数据接收实验分析.....................................325.4上位机数据接收实验分析.....................................325.5本章总结...................................................33结束语...........................................................34参考文献...........................................................35致谢.............................................................38附录.............................................................3911绪论环境污染的预防和监测逐渐成为人们日常的话题，随着2015年我国第一部环境保护法的施行，环境监测技术的发展与创新迫在眉睫。论文开始阐述了环境监测系统的研究背景和意义，接着介绍了环境监测系统的研究现状，提出了基于STM32和LabVIEW的环境监测系统的设计。最后简述了文章的基本章节结构。1.1环境监测系统的研究背景和意义在改革开放三十年中，全国经济显著提高，一夜间出现很多大城市，城市的发展却也使得人们赖以生存的环境遭到污染。近年来，随着人们生活质量水平的提高，我们也越来越重视我们个人的心理健康与身体健康。同时我国为控制大气环境污染和保护环境，政府部门已经采取了相关办法来保护环境，但是由于监测技术上的缺陷和不足，严重制约了相关措施的实施进度。传统的环境监测技术已经跟不上社会经济发展的步伐，所以研究一种实时化、智能化、集成化的监测设备迫在眉睫。嵌入式技术是近年发展很快的热门技术，其相关的嵌入式系统已经在很多领域得到应用，包括医疗设备、智能电器、军事工业、工业自动化等领域。人们的日常生活也与其息息相关，像手机、数字电视、电脑、数码相机等都是嵌入式技术的典型应用[1]。虚拟仪器LabVIEW是一种将传统程序语言转化为图像化积木模式的开发环境，同时也是作为终端工具提供给用户使用。它的应用极为广泛，工业界、学术界和实验室等极为频繁使用。虚拟仪器具有许多优点，它非常方便快捷，能够加快