智能天然气监控终端的网络通信系统毕业论文(编辑修改稿)

智能天然气监控终端的网络通信系统毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

取决于系统的设计和配置是否经济合 理并且系统能 否成功运行，系统的使用、管理和维护是否方便，系统或产品的技术是否成熟适用，换句话说，就是如何以最少的投入、最简便的实现途径来换取最大的功效，实现 便捷高质量的生活。 为了实现上述目标，智能家居系统设计时要遵循以下原则： 实用便利 智能家居最基本的目标是为人们提供一个舒适、安全、方便和高效的生活环境。 对智能家居产品来说，最重要的是以实用为核心，摒弃掉那些华而不实，只能充作摆设的功能，产品以实用性、易用性和人性化为主。 智能天然气监控终端的网络通信系统 3 在设计智能家居系统时，应根据用户对智能家居功能的需求，整合以下 最实用最基本的家居控制功能：包括智能家电控制、智能灯光控制、电动窗帘控制、 防盗报警 、门禁对讲、煤气泄露等，同时还可以拓展诸如三表抄送、视频点播等服务增值功能。 对很多个性化智能家居的控制方式很丰富多样，比如：本地控制、遥控控制、集中控制、手机远程控制、感应控制、网络控制、定时控制等等，其本意是让人们摆脱繁琐的事 务，提高效率，如果操作过程和程序设置过于繁琐，容易让用户产生排斥心理。 所以在对智能家居的设计时一定要充分考虑到用户体验，注重操作的便利化和直观 性，最好能采用图形图像化的控制界面，让操作所见即所得。 可靠性 整个建筑的各个智能化子系统应能二十四小时运转，系统的安全性、可靠性和容错能力必须予以高度重视。 对各个子系统，以电源、系统备份等方面采取相应的容错措施，保证系统正常安全使用、质量、性能良好，具备应付各种复杂环境变化的能力。 标准性 智能家居系统方案的设计应依照国家和地区的有关标准进行，确保系统的扩充性和扩展性，在系统传输上采用标准的 TCP/IP 协议网络技术，保证不同产商 之间系统可以兼容与互联。 系统的前端设备是多功能的、开放的、可以扩展的设备。 如系统主机、终端与模块采用标准化接口设计， 为家居智能系统外部厂商提供集 成的平台，而且其功能可以扩展，当需要增加功能时，不必再开挖管网，简单可靠、方便节约。 设计选用的系统和产品能够使本系统与未来不断发展的第三方受控设 备进行互通互连。 方便性 布线安装是否简单直接关系到成本，可扩展性，可维护性的问题，一定要选择布线简单的系统，施工时可与小区宽带一起布线，简单、容易；设备方面容易学习掌握、操作和维护简便。 系统在工程安装调试中的方便设计也非常重要。 家庭智能化有一个显着的特点，就是安装、调试与维护的工作量非常大，需要大量的人力物力投入，成为制约行 业发展的瓶颈。 针对这个问题，系统在设计时， 就应考虑安装与维护的方便性，比如系统可以通过 Inter 远程调试与维护。 通过网络，不仅使住户能够实现家庭智能化系统的控制功能，还允许工程人员 在远程检查系统的工作状况，对系统出现的故障进行诊断。 这样，系统设置与版本更新可以在异地进行，从而大大方便了系统的应用与维护，提高了响应速度，降低 了维护成本。 轻巧型 “ 轻巧 ” 型智能家居产品顾名思义它是一种轻量级的智能家居系统。 “ 简单 ” 、 “ 实用 ” 、 “ 灵巧 ” 是它的最主要特点，也是其与传统智能家居系统最大的区别。 所以我 们一般把无需施工部署，功能可自由搭配组合且价格相对便宜可直接面对最终消费者销售的智能家居产品称为 “ 轻巧 ” 型智能家居产品。 智能家居 设计 的 特点与 优势 当今世界已经是一个数字信息的大数据时代，人们对于日常生活的要求已经大大提高，老一套的控制方式已经远远不能满足人们现在的要求。 人们对于家庭智能天然气监控终端的网络通信系统 4 家电，仪器等等的自动化，智能化控制的要求早已经提到了设计者们的设计计划日程中。 它的特点与优势也是十分明显的。 特点 传输速度快 数字化 传输线路简单，组网方便 具有在线巡检功能 实现小区多通 道功能 布线成本低 具有在线巡更功能 优势 网络可视对讲功能 内部电话功能 储存来访者影相功能 远程监视功能 强大的信息服务功能 家电智能控制功能 灯光的控制 电动窗帘及遮阳系统控 本次设计 正是 主要采用了 WIFI 的无线通信使手机与控制终端无线即时连接到了一起，使得用户可以随时在手机上获取最新的家庭中的天然气，烟雾情况的信息。 既满足了人们对于当今家电智能化，无线化的要求，也符合了世界发展的主流趋势。 无线通信网络的原理 无线通信系 统几乎所有数据的传输与芯片控制都是通过 SPI 实现的。 SPI 读写程序是软件控制的基础。 为了使单片机的 SPI 控制器正常工作，需要先对其进行初始化设置。 可通过向 SPI 控制寄存器 SPCTL 和控制寄存器 SPSTAT 写入适当的控制字实现。 单片机控制器需要对收发器各个寄存器进行设置。 保证其工作在规定的频段和模式下。 初始化时通过 SPI 总线向收发器写入控制命令 [4]。 主要包括配置设定命令，电源管理命令，频率设定命令，数据滤波命令， FIFO 和复位模式命令，自动频率控制命令，发射配置控制命令，唤醒定时器命令，低任务周期命令和电池低压检测以及微控制器时钟分频命令等，且每个命令均长为 16 位。 收发器成功初始化后就可以开始数据的发送和接收了，系统先通过 SPI 写入电源管理命令字 Ox8228 打开发送寄存器并开始数据的传送。 发送完毕后要写入智能天然气监控终端的网络通信系统 5 电源管理器命令字 Ox8228 关闭发送寄存器，同时打开接收寄存器。 为了实现有效接收和发送，将待发送数据打包为帧的形式，下面主要介绍一下发送帧数据的情形。 其从帧头开始依次为：同步格式的长度 Ox2DD4，设置传输开始标志位，待传数据的长度和实际发送的数据。 收发器的接收方式采用的是 FIFO 模式，在相应的控制字都 设置好后，引入的数据通过时钟串入 16 位 FIFO 缓冲器内，当 VDI 和同步格式识别电路指示潜在的真实数据接入，真实数据开始填充 FIFO。 接收开始。 接收一帧数据时，因采用 FIFO 模式状态寄存器的前两个字节分别是中断位输出和状态位输出。 接下来才是需要的数据，故在接收一帧数据时，应先将前两个字节度取后抛弃，且每次读取时都要重复此过程。 接下来需判断接收到的第三字节是否为开始标志位，若是继续抛弃前二字节后开始数据的接收。 接收完毕后读入二字节的状态表示接收完毕。 该系统应用了单片机和无线收发芯片，他们之间的控制与数据连接则 是通过SPI 接口来实现的。 SPI 接口有很高的数据传输速率，且器件操作遵循统一的规范，使系统软硬件具有良好的通用性，以无线方式传输数据在实际应用中由于其方便灵活，可望在嵌入式系统中得到广泛应用。 本 系统总体方案设计 采用了 ST 公司的 CortexM3 内核的 STM32 微处理器 STM32F107。 该芯片属于 STM32 系列的增强型，提供多达 256KB的片内 Flah、 64KB的 RAM和丰富的外设接口。 CortexM3 内核在设计上专门考虑了满足集功耗低、实时性强的工业级嵌入式产品领域的特点。 在性能相同 的条件下， STM32 产品功耗比同级别产品要低 75%，工作环境温度达 105℃。 硬件 框图如 下 图所示 系统的设计采用了框架结构将整个系统分为两个 部分分别为 监控终端部分和手机监控 部分。 智能监控终端 主要负责 实时 采集 烟雾浓度和天然气浓度 信息 ，可实时把监控信息通过 WIFI 模块传输到智能手机上，还可通过 WEB 网页查看实时数据以及设置传感器参数等。 另外，智能监控终端在监测到烟雾或者天然气浓度超过阈值时，不仅有声光报警，还可以通过 GPRS 模块呼叫预设的报警电话。 ANDROID 智能手机可通过 WIFI 模块与监控终端进行无线通 讯。 可以实时获取到烟雾和天然气的浓度数据，并且可记录数据，显示数据，并且可设置传感器的报警阈值等参数。 另外在产生超阈值报警时，手机有多种提醒方式。 智能天然气监控终端的网络通信系统 6 2 无线天然气监控终端的硬件组成 终端结构 终端硬件结构如下 智能监控终端实现功能如下： 1. 实时获取烟雾，天然气传感器数据 2. 传感器数据实时显示在 LCD 屏上 3. 实时通过 WIFI 传输传感器数据 4. 内嵌 WEB 服务器，可通过网页查看传感器数据，并且可以设置传感器阈值参数 5. 具有声光报警提示方式 6. 可通过 GPRS 模块呼叫指定电话或者发短消息 ANDROID 智 能手机实现以下功能： 实现以表格和文本方式显示传感器数据 可设置传感器阈值等参数 当有超阈值报警时，可播放警示音 各功能模块介绍 开发板板载资源 ◆ STM32F107VCT6, ARM CortexM3 内 核 ， LQFP100 封装 , 内部FLASH:256K,SRAM:64K 智能天然气监控终端的网络通信系统 7 ◆ 1 个 10M/100M 以太网接口，标准 RJ45 接口，支持平行交叉网线自适应 ◆ 1 个 USB OTG 全速接口，可以作为 USB SLAVE 接口，也可以作为 USB HOST接口 ◆ 1 个标准的 / 寸 TFT LCD 接口，支持触摸屏，分辨率 320X240, 26万色 ◆ 1 个 I2S 音频解码芯片，支持音乐文件的播放 ◆ 1 个 SD卡接口 ◆ 1 个 无线通信模块接口 ◆ 1 个 315M 无线通信模块接口 ◆ 2 个 CAN 总线接口 ◆ 1 个 485 总线接口 ◆ 1 个 SPI FLASH 芯片， W25X16，容量为 16M 比特 ◆ 1 个 IIC 接口的 EEPROM 芯片， 24C02，容量 2K 比特 ◆ 2 个 RS232C 串口（使用 DB9 公头，线序与 PC 机相同） ◆ 1 个蜂鸣器 ◆ 1 个复位按钮，控制整板硬件复位 ◆ 4 个功能按 钮，其中包括 WAKEUP 唤醒功能和 TEMPER 入侵功能 ◆ 1 个电源指示灯（绿色） ◆ 4 个用户状态指示灯（ LED1~LED4：绿色） ◆ 2 个启动模式选择配置接口 ◆ 1 个 RTC 后备电池座 ◆ 1 个标准的 JTAG/SWD 仿真调试下载接口 ◆ 1 路电位器可调电阻模拟输入，可以做模数转换实验 ◆ 2 个 DAC 数模转换接口连接到接线端子 ◆ 2 个 ADC 模数转换接口连接到接线端子 ◆ 2 个 PWM 接口连接到接线端子 ◆ 1 个 DC5V 电源接口 ◆ 1 个电源开关，控制整个板的电源，可以选择从 USB 取电或 DC5V 电源接口取电 ◆ 支持从 JLINK 取 5V电源或 电源 ◆ 除晶振占用的 IO 管脚外，其余所有 IO 口全部引出到扩展双排插针 智能天然气监控终端的网络通信系统 8 烟雾气体传感器 一、尺寸： 35mm X24mm X26mm 长 *宽 *高 二、主要芯片： LM39 MQ2气敏传感器探头 三、工作电压： DC 四、特点： 具有信号输出指示； 双路信号输出；（模拟量输出及 TTL 电平输出） TTL 输出有效信号为低电平 ,可接直接接单片机 IO口。 模拟量输出 0~5V 电压，浓度越高电压越高； 对液化气、丁烷 、甲烷、烟雾等有较好的灵敏度； 使用寿命长、稳定性好； 具有快速响应恢复特性 智能天然气监控终端的网络通信系统 9 天然气传感器模块 传感器特点 一、 尺寸： 35mm X24mm X27mm 长 *宽 *高 二、 主要芯片： LM39 MQ4气体传感器 三、 工作电压： DC35V 四、 特点： 具有信号输出指示； 双路信号输出（模拟量输出及 TTL 电平输出）； TTL 输出有效信号为低电平，可直接接单片机； 模拟量输出 0~5V 电压，浓度越高电压越高； 对甲烷气体，天然气有较好的灵敏度； 具 有长期的使用寿命和可靠的稳定性； 快速的响应恢复特性； 智能天然气监控终端的网络通信系统 10 WIFI 模块 WIFI 模块性能和功能特色： 通讯距离：外置天线版本 400 米，内置天线 300 米。 测试条件：开阔地视距，两个模块自行组网， 57600 波特率双向互传不丢包，轻松穿三层混泥土墙。 最高支持波特率 460800bps 支持绝大多数 WIFI 加密方式和算法， WEP/WAPPSK/WAP2PSK/WAPI，加密类型 WEP64/WEP128/TKIP/AES 支持 IEEE b/g/n，用来做远距离 覆盖的大功率 AP 多使用 n协议，本模块也完美支持。 支持 DHCP 自动获取 IP，支持工作在 AP 模式时为从设备分配 IP 支持网络协议： TCP/UDP/ARP/ICMP/HTTP/DNS/DHCP 可选 TCP Server/TCP Client/UDP 工作模式， TCP Server 模式时可支持多达32 个 Client 连接 超小体积，双排 间距插针，方便用户应用。 通过拉低 Reload IO 口一秒即可恢复出厂设置，不用担心设置错 支持无线工作在 AP 模式和节点 (Station)模式，真正的硬件 AP，安卓系统可以直接访问 1可选内置板载 (USRWIFI232A)或者外置天线 (USRWIFI232B) 1支持透明 /协议数据传输模式，高达 1M 缓存空间 1提供 AT+指令集配置 1提供友好的 Web 配置页面，通过网页配置 1串口分帧延迟和数据量可以设置 智能天然气监控终端的网络通信系统 11 1 单电源供电 1支持路由 /桥接模式网络构架 ANDROID 智能手机 智能手机 参数 CPU 1GHz RAM 512MB ROM 512MB 支持内存卡扩展 屏幕 4 寸 800x480 分辨率 TFT 操作系统 Android ENC28J60 以太网控制器 ． ENC28J60 简介 ENC28J60 是 MICROCHIP 公司的带 SPI 接口的独立以太网控制器， 以太网控制器特性 • IEEE 兼容的以太网控制器 • 集成 MAC 和 10 BASET PHY • 接收器和冲突抑制电路 • 支持一个带自动极性检测和校正的 10BASET 端口 • 支持全双工和半双工模式 • 可编程在发生冲突时自动重发 • 可编程填充和 CRC 生成 • 可编程自动拒绝错误数据包 智能天然气监控终端的网络通信系统 12 • 最高速度可达 10 Mb/s 的 SPI 接口 缓冲器 • 8 KB 发送 / 接收数据包双端口 SRAM • 可配置发送 / 接收缓冲器大小 • 硬件管理的循环接收 FIFO • 字节宽度的随机访问和顺序访问（地址自动递增） • 用于快速数据传送的内部 DMA • 硬件支持的 IP 校验和计算 介质访问控制器（ MAC）特性 • 支持单播、组播和广播数据包 • 可编程数据包过滤，并在以下事件的逻辑“与” 和“ 或”结果为真时唤醒主机： 单播目标地址 组播地址 广播地址 Magic Packet 由 64 位哈希表定义的组目标地址 多达 64 字节的可编程模式匹配（偏移量可由用户定义） • 环回模式 物理层（ PHY ）特性 • 整形输出滤波器 • 环回模式 工作特性 • 两个用来表示连接、发送、接收、冲突和全 / 半双工。