基于物联网的工业环境监控系统设计开题报告

1.研究背景

工业的快速发展带来了非常可观的经济效益，人们的物质生活得到了极大的改善，但随之而来的环境污染问题也越来越严重，已经影响到了人们的身体健康和生存环境，工业环境带来的污染主要有噪音污染、大气污染和水污染。

噪声污染不仅仅是环境污染，而且也是对人类生存的一大危害。据相关的医学研究表明，噪音会造成动物的视觉、听觉、内脏和中枢神经系统的恶性病理变化，超过一定强度的噪声甚至会导致动物的死;大气污染主要是由于人类工厂的工业废气排入大气并对环境产生有毒有害的物质，污染源的气象条件(风速、风向)和地表性质(粗糙度、地表起伏、地表覆盖物等)决定了大气污染强度和污染范围;水污染是指污染物进入地下水、湖泊、河流或海洋中，导致水体的化学、物理、生物或者放射性等方面的改变。水体自净能力低于污染物的污染能力，导致天然水的物理、化学性质发生变化，并影响到水的用途以及水生生物生长，危害人体健康和破坏生态环境，造成水质恶化的现象。

2.研究目的及意义

针对以上问题国家加大对工业环境的监管力度，对于不经过处理就排放废水废气等污染物的企业实施严厉整改。中国大小企业众多，分布广泛，要想对环境实现周期性检查需要花费大量的人力物力。如何科学有效的处理工业周边的环境监测问题，以及最大程度上降低成本是目前急需考虑的问题和研究的方向。

随无线嵌入式技术、微型机电系统、传感器技术、通信技术以及接口技术的快速发展，一些由传感器、核心处理器、射频芯片等组成的无线传感器节点接踵而来，这些节点一般搭载嵌入式系统，具有低功耗、成本低、小型化等优点。而利用大量无线传感器节点的无线传感器网络孕育而出。无线传感网络是由许多无线传感器节点通过自组织而形成的网络，这些节点之间通过射频与网络中的其他节点进行通信，在无线网络覆盖的范围之内，无线传感器节点能够感知、监测、采集对象的相关信息，还能实现对信息进行简单的处理并将这些相关信息通过无线传感网络传输给相关的用户，无线传感网络不仅是能够实现感知、通信、进行计算以及相互感知的网络，与此同时也是一个多个学科、多种技术交叉而产生的领域。由于无线传感网络具有可感知性、可扩展性、易于部署、灵活性强以及低成本等特点，己经被军事应用、医疗监测、智能家居、环境监测Ｗ等诸多领域广泛地采纳和应用。工业物联网要求能够对设备的运行环境、操作设备的对象、设备的一系列相关信息都可以进行深度的信息获取和分析。而数据采集也可以称为数据获取，是从数据源收集、识别、过滤与选取数据的过程，也可以是数字化、电子扫描的记录过程，其原理是使用数据采集卡从设备或传感器等数字或模拟设备的被测量单元中采集电信号或非电信号并进行一定的转换处理之后将结果输出。数据采集一般都是采用采样的方式，每隔一段时间对被监测对象进行一次采集，这段时间也被称为采样周期，采集数据可以是瞬时值，也可以是一段时间内的特征值。数据采集技术已经广泛地应用于多个领域。

无线传感网络物联网技术，解决工业环境监测问题是本课题的主要研究问题。

1.研究内容

对于工业环境的监测，是实现工业物联网的重要部分。工业物联网是为了通过物联网实现工业环境的远程监控，实现工业物联网环境的远程监控，可以很好地管控工业进程，当发现环境状态存在问题时可以及时寻找原因解决问题，保证工业进程安全可控。

目前的工业环境监控都是基于现场的，实时显示在现场仪表上，但是无法进行远程监控，因此需要有人在现场监控，本设计就是基于物联网技术的工业环境监测。

本课题基于STM32单片机作为控制核心﹐通过在工业设备上安装环境传感器（包括温度传感、湿度传感、粉尘传感、烟雾传感等等）﹐连接到工厂的主控器上，主控器读取传感器数据，将数据上报至云端，用户可以在web端和手机端查看实时环境数据，并且可以预先定义报警值，当环境中的数据超过一定警戒值时，就可以生成报警数据，同样上报到云端。并且在现场设备上也安装显示屏以及报警电路，可以配合发出声光报警。

2.预期目标

（1）实现环境传感器数据的读取

（2）实现环境传感器数据的实时上传至云（包括web端以及手机客户端）

（3）实现预先定义的警报值报警（发送声音报警和光线报警）

（4）实现传感数据实时显示在显示屏上，显示报警数据

3．本课题拟采用的研究方法、步骤

认真研读任务书的要求，调研和收集设计过程中可能使用的资料、例图，熟悉51单片机的基本原理，了解该单片机的硬件组成和结构，理解系统的基础知识，对照所收集的资料进行整体方案构思，整体系统框架设计，整体方案设计好后着手各部分的设计。对不明白的部分通过查阅资料，向指导老师请教，和同学讨论解决。具体分为以下步骤：

（1）了解stm32单片机原理及研究现状，掌握其基本原理、硬件组成及结构、应用概况及熟练掌握单片机编程方法；

（2）学习工业环境监测相关知识；

（3）查找设计工具相关资料；

（4）提出系统的总体设计方案

（5）设计整个系统的框架，绘出系统框图；

（6）主控制器部分设计（电源，lcd屏幕，传感器）；

（7）传感器电路的设计

（8）物联网环境的的搭建；

（9） 通讯模块的设计；

（10）系统软件的设计编程；

（11）系统仿真及功能调试

[1]赵明编.工厂电气控制设备[M].北京︰机械工业出版社﹐1996.1

[2]余健明等编.供电技术[M].北京︰机械工业出版社﹐2008.1

[3]洪文学﹐土金甲·健康智能家庭研究现状[J]·计算机工程与应用﹐2006,42(32):

[4]曹聪.嵌入式智能家居控制系统的研究与实现[D].同济大学硕士学位论交﹐

2004:1-2

[5]余永权.嵌入式智能家电的发展现状及趋势[J].电了世界﹐2003,24(7)

[6]高薇.中国数字化家园·智能建筑与城市信息[J].2OO2,9(11)

[7]叶朝辉﹐杨士元.智能家居网络研究综逑.计算机应用研究[J].2001,18(9)

[8]李楠﹐任苹﹐刘颖﹐智能住宅家庭网络技术及其发展[J].沈阳大学学报.2005,

17(2)

[9]焦泉瑜.哥木哈根会议:科学家的视界[J]世界博览，2010,(01)

[10]张鑫主编.单片机原理及应用[M].北京∶电了工业出版社.2005.8

[11]胡汉才编著.单片机原理及其接口技术[M].北京∶清华大学出版社﹐2004

[12]胡汉才编著.单片机原理及其接口技术学习辅导与实践教程[M].北京︰清华大

学出版社,2004

[13]胡健主编.单片机原理及接口技术实践实例[M.北京︰机械工业出版社﹐2004

[14]沈红卫编著.单片机应用系统设计实例与分析[M].北京︰人民邮电出版社﹐

2003

[15]童诗白，华成英主编.模拟电了技术基础[M]。北京:高等教育出版社，2006.5

[16]阎石主编.数字电了技术基础[M].北京:高等教育出版社，2006.5

[17]邱关源﹐罗先觉主编·电路[M].北京︰高等教育出饭社﹐2006.5

[18]苏小红，陈惠鹏，孙志岗等编著.C.语言大学实用教程学习指导[M]。北京:电了

工业出版社，2007.2

[19]李虹静,李升辉.基于STC8系列单片机的继电器控制电路设计[J].科技与创新,2019(13)

[20]杨欢,杜少华,袁国锋,陈晓.基于Proteus的单片机A/D转换仿真实验[J].教育教学论坛,2019(30)

[21]谢健翔.单片机原理实验教学模式改革的探索与实践[J].轻工科技,2019(07)

[22]陈远浩.多按键情况下,单片机端口不足的解决方法[J].电子制作,2019(13)

（1）2022.3.4—2022.3.16 查阅资料，撰写开题报告

（2）2022.3.17—2022.4.10 硬件功能分析，熟悉单片机指令及编程语言

（3）2022.4.11—2022.5.10 设计电路原理图、编制应用程序

（4）2022.5.10—2022.6.01 系统调试及改进，撰写毕业论文

（5）2022.6.02—2022.6.10 提交论文，毕业答辩