基本信息
- 項目名稱：
- 多路無線智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 溫度、濕度、光強、煙霧和人類的生產(chǎn)、生活有著密切的關系，同時也是工業(yè)生產(chǎn)中最常見最基本的工藝參數(shù)。如何更好的監(jiān)測及利用這些參數(shù)在現(xiàn)代社會中顯得越來越重要。本設計就是利用FPGA芯片開發(fā)的一個多路無線智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)，觀測者可以在監(jiān)控室內(nèi)實現(xiàn)非介入式檢測，可廣泛適用于農(nóng)業(yè)大棚，工作車間，實驗室，醫(yī)院，小區(qū)等復雜的場所，特別適合在人員不方便進入的場所使用。
- 詳細介紹：
- 本設計利用多路單片機和多種傳感器構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集終端實現(xiàn)對當前所處環(huán)境溫度、濕度、光強、煙霧的實時監(jiān)測，由基于FPGA的控制處理核心對采集的數(shù)據(jù)做出相應處理：VGA顯示和控制，實現(xiàn)自動超限報警，自動做出相應處理，自動發(fā)送手機短信提醒并進行以太網(wǎng)遠程控制等功能。該系統(tǒng)主要由節(jié)點模塊（溫度濕度傳感器、光照煙霧傳感器、單片機單元），NRF24L01無線傳輸模塊，F(xiàn)PGA處理中心運用智能算法進行數(shù)據(jù)處理和校驗模塊，VGA實時顯示模塊，μcosII嵌入式操作系統(tǒng)模塊，手機報警模塊構(gòu)成。每路數(shù)據(jù)終端的單片機主要完成對該路多種環(huán)境因子的采集與FPGA的無線實時通信，由FPGA部分完成對采集原始數(shù)據(jù)的校驗及處理，將有效數(shù)據(jù)實時顯示在VGA顯示屏上，并對數(shù)據(jù)終端進行反饋控制，同時將當前的數(shù)據(jù)存入Flash和上傳至以太網(wǎng)。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關鍵和主要技術(shù)指標
- 本設計利用FPGA對單片機采集的原始數(shù)據(jù)進行分析，及時傳達給用戶并作出相應處理。以滿足對環(huán)境有嚴格要求的場所。 創(chuàng)新點： 1、采用FPGA控制下的多點多路信息采集，可實現(xiàn)陣列測量。 2、利用GSM網(wǎng)絡實現(xiàn)發(fā)送短信報警、短信回復控制以及語音模塊ISD1730的電話查詢功能。 3、根據(jù)環(huán)境利用LMS算法對各種傳感器的閾值進行自適應設置。 4、將數(shù)據(jù)上傳至以太網(wǎng)，利用網(wǎng)頁實現(xiàn)對環(huán)境數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測，體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的設計思想。 5、采用太陽能供電，綠色環(huán)保并且低功耗。 技術(shù)關鍵： 1、手機短信發(fā)送延時處理。 2、數(shù)據(jù)顯示延時處理。 3、超標終端自動控制延時處理。 4、數(shù)據(jù)傳輸延時處理。 5、數(shù)據(jù)顯示誤差處理。 6、閾值自適應設置的合理性處理。 7、基于μcos II 以太網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸。 8、采集終端太陽能供電系統(tǒng)的設計。 9、基于低功耗處理器MSP430單片機的電路設計。 10、MSP430單片機對采集的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)濾波。 主要技術(shù)指標： 1.溫濕度傳感器檢測溫度范圍-40—80℃，分辨率0.1℃，響應時間6s，精度±1℃。濕度檢測等級0—100%RH，分辨率0.1%RH，精度±3%RH,響應時間2s。 2.ISD1730語音錄放模塊工作電壓2.4V-5.5V，工作電流20mA。 3.NRF24L01模塊1.9V-3.3v低電壓工作，最高工作速率2Mbps。 4.TC35i GSM模塊工作電壓3.3 －5.5V，通話峰值電流1.8A。
科學性、先進性
- 市場上存在多種基于簡單傳感器的溫度濕度檢測儀，在某種意義上可以實現(xiàn)對環(huán)境溫度的單點測量，當對環(huán)境參數(shù)測量精度要求不高，實時性要求較弱時，簡單的測試儀的確可以滿足要求，但當處理大數(shù)據(jù)量的信息并要求實時顯示環(huán)境參數(shù)時，簡單的測試儀就達不到理想的效果并且不能遠距離觀測。相比之下，我們的作品呈現(xiàn)出以下幾方面優(yōu)勢： 1、多路多點數(shù)據(jù)采集，最多可達16路，每路可擴展多種傳感器，可在多個環(huán)境下采集數(shù)據(jù)。 2、閾值設定智能化，采用LMS算法，實現(xiàn)智能學習校準閾值。 3、FPGA clyoneⅡ芯片作為多路多點的處理中心，處理數(shù)據(jù)快速，主頻最高可達400MHZ。 4、查詢渠道廣泛。VGA人機顯示界面友好，克服傳統(tǒng)的LCD顯 示，可繼續(xù)擴展觸摸屏。網(wǎng)頁，電話，短信完成對環(huán)境因子的遠距離獲取。 5、數(shù)據(jù)可存儲。如需要，可以調(diào)出以前的數(shù)據(jù)，便于分析研究。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 非專利技術(shù)轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 1、實物、產(chǎn)品 2、現(xiàn)場演示 3、圖片 4、錄像 5、樣品
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 使用說明： 先將數(shù)據(jù)采集終端放在要采集的環(huán)境中，再將基于FPGA處理中心放在監(jiān)控室中，上電運行。將SIM卡插到TC35i –GSM的卡槽，撥打指定SIM卡，有TC35i –GSM模塊接聽電話并有語音模塊播報當前的環(huán)境因子。當環(huán)境因子超出自適應閾值時有TC35i –GSM模塊發(fā)送短信并撥打電話給一個或多個工作人員。 技術(shù)特點優(yōu)勢: 1、閾值自適應變化。 2、短信及電話超限報警。 3、終端實現(xiàn)陣列測量。 4、無線數(shù)據(jù)傳輸。 5、FPGA快速處理速度。 6、VGA顯示與控制。 7、以太網(wǎng)遠距離觀察。 推廣前景和適用范圍: 該產(chǎn)品可適用于農(nóng)業(yè)大棚，工作車間，實驗室，醫(yī)院等場所，特別適合在人員不方便進入的場所使用。 市場價值及經(jīng)濟分析： 大型企業(yè)往往需要對諸多環(huán)境因子進行精確測量，這時使用一般的測控儀，不能滿足大數(shù)據(jù)量實時處理的需要。我們正是利用FPGA高速處理速度以彌補它們的不足，更好的進行環(huán)境因子測量和精確處理，有極大的應用價值和市場前景。
同類課題研究水平概述
- 數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)是一種對特定環(huán)境的某些指標進行監(jiān)控和控制的系統(tǒng)，在某些行業(yè)應用十分廣泛，例如鍋爐檢測控制，火災報警系統(tǒng)等等。 當前國內(nèi)同類課題雖然有很多，但大多數(shù)是基于MSP430，ARM的數(shù)據(jù)采集和信息處理，并且在對環(huán)境的檢測方面多利用有線進行數(shù)據(jù)傳輸，VB進行操作界面的設計。雖然他們的設計有很多優(yōu)點，但是缺點也是非常明顯。首先閾值設定恒定，不能進行自適應設置，容易造成誤報和錯報。其次因為沒有快速的數(shù)據(jù)處理速度而不能進行多路數(shù)據(jù)采集與處理，顯示界面粗糙且操縱性不強，并且必須用電腦進行數(shù)據(jù)的顯示與處理。以上設計的缺點都十分制約著同類產(chǎn)品的市場推廣和應用。 現(xiàn)在市場上的同類產(chǎn)品的應用還處在小范圍，特殊領域。其實，數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)還可以在更多方面得到應用，正是由于現(xiàn)在市場上的同類產(chǎn)品有著這樣那樣的缺點，致使其應用面大大減小。為了讓更多的領域能方便，快捷的使用數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，有必要克服上述缺點，對產(chǎn)品進行優(yōu)化和升級，使其能更好的為人們的生活工作提供便利。
