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基本信息
- 項(xiàng)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(jiǎn)介：
- 溫度、濕度、光強(qiáng)、煙霧和人類的生產(chǎn)、生活有著密切的關(guān)系，同時(shí)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(cè)及利用這些參數(shù)在現(xiàn)代社會(huì)中顯得越來越重要。本設(shè)計(jì)就是利用FPGA芯片開發(fā)的一個(gè)多路無線智能環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)。利用該系統(tǒng)，觀測(cè)者可以在監(jiān)控室內(nèi)實(shí)現(xiàn)非介入式檢測(cè)，可廣泛適用于農(nóng)業(yè)大棚，工作車間，實(shí)驗(yàn)室，醫(yī)院，小區(qū)等復(fù)雜的場(chǎng)所，特別適合在人員不方便進(jìn)入的場(chǎng)所使用。
- 詳細(xì)介紹：
- 本設(shè)計(jì)利用多路單片機(jī)和多種傳感器構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集終端實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前所處環(huán)境溫度、濕度、光強(qiáng)、煙霧的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，由基于FPGA的控制處理核心對(duì)采集的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)處理：VGA顯示和控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)超限報(bào)警，自動(dòng)做出相應(yīng)處理，自動(dòng)發(fā)送手機(jī)短信提醒并進(jìn)行以太網(wǎng)遠(yuǎn)程控制等功能。該系統(tǒng)主要由節(jié)點(diǎn)模塊（溫度濕度傳感器、光照煙霧傳感器、單片機(jī)單元），NRF24L01無線傳輸模塊，F(xiàn)PGA處理中心運(yùn)用智能算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和校驗(yàn)?zāi)K，VGA實(shí)時(shí)顯示模塊，μcosII嵌入式操作系統(tǒng)模塊，手機(jī)報(bào)警模塊構(gòu)成。每路數(shù)據(jù)終端的單片機(jī)主要完成對(duì)該路多種環(huán)境因子的采集與FPGA的無線實(shí)時(shí)通信，由FPGA部分完成對(duì)采集原始數(shù)據(jù)的校驗(yàn)及處理，將有效數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在VGA顯示屏上，并對(duì)數(shù)據(jù)終端進(jìn)行反饋控制，同時(shí)將當(dāng)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(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 本設(shè)計(jì)利用FPGA對(duì)單片機(jī)采集的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時(shí)傳達(dá)給用戶并作出相應(yīng)處理。以滿足對(duì)環(huán)境有嚴(yán)格要求的場(chǎng)所。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1、采用FPGA控制下的多點(diǎn)多路信息采集，可實(shí)現(xiàn)陣列測(cè)量。 2、利用GSM網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)發(fā)送短信報(bào)警、短信回復(fù)控制以及語(yǔ)音模塊ISD1730的電話查詢功能。 3、根據(jù)環(huán)境利用LMS算法對(duì)各種傳感器的閾值進(jìn)行自適應(yīng)設(shè)置。 4、將數(shù)據(jù)上傳至以太網(wǎng)，利用網(wǎng)頁(yè)實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，體現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)思想。 5、采用太陽(yáng)能供電，綠色環(huán)保并且低功耗。 技術(shù)關(guān)鍵： 1、手機(jī)短信發(fā)送延時(shí)處理。 2、數(shù)據(jù)顯示延時(shí)處理。 3、超標(biāo)終端自動(dòng)控制延時(shí)處理。 4、數(shù)據(jù)傳輸延時(shí)處理。 5、數(shù)據(jù)顯示誤差處理。 6、閾值自適應(yīng)設(shè)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(yáng)能供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 9、基于低功耗處理器MSP430單片機(jī)的電路設(shè)計(jì)。 10、MSP430單片機(jī)對(duì)采集的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)濾波。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1.溫濕度傳感器檢測(cè)溫度范圍-40—80℃，分辨率0.1℃，響應(yīng)時(shí)間6s，精度±1℃。濕度檢測(cè)等級(jí)0—100%RH，分辨率0.1%RH，精度±3%RH,響應(yīng)時(shí)間2s。 2.ISD1730語(yǔ)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(xué)性、先進(jìn)性
- 市場(chǎng)上存在多種基于簡(jiǎn)單傳感器的溫度濕度檢測(cè)儀，在某種意義上可以實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境溫度的單點(diǎn)測(cè)量，當(dāng)對(duì)環(huán)境參數(shù)測(cè)量精度要求不高，實(shí)時(shí)性要求較弱時(shí)，簡(jiǎn)單的測(cè)試儀的確可以滿足要求，但當(dāng)處理大數(shù)據(jù)量的信息并要求實(shí)時(shí)顯示環(huán)境參數(shù)時(shí)，簡(jiǎn)單的測(cè)試儀就達(dá)不到理想的效果并且不能遠(yuǎn)距離觀測(cè)。相比之下，我們的作品呈現(xiàn)出以下幾方面優(yōu)勢(shì)： 1、多路多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集，最多可達(dá)16路，每路可擴(kuò)展多種傳感器，可在多個(gè)環(huán)境下采集數(shù)據(jù)。 2、閾值設(shè)定智能化，采用LMS算法，實(shí)現(xiàn)智能學(xué)習(xí)校準(zhǔn)閾值。 3、FPGA clyoneⅡ芯片作為多路多點(diǎn)的處理中心，處理數(shù)據(jù)快速，主頻最高可達(dá)400MHZ。 4、查詢渠道廣泛。VGA人機(jī)顯示界面友好，克服傳統(tǒng)的LCD顯 示，可繼續(xù)擴(kuò)展觸摸屏。網(wǎng)頁(yè)，電話，短信完成對(duì)環(huán)境因子的遠(yuǎn)距離獲取。 5、數(shù)據(jù)可存儲(chǔ)。如需要，可以調(diào)出以前的數(shù)據(jù)，便于分析研究。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)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(shí)物、產(chǎn)品 2、現(xiàn)場(chǎng)演示 3、圖片 4、錄像 5、樣品
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 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(yùn)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(yǔ)音模塊播報(bào)當(dāng)前的環(huán)境因子。當(dāng)環(huán)境因子超出自適應(yīng)閾值時(shí)有TC35i –GSM模塊發(fā)送短信并撥打電話給一個(gè)或多個(gè)工作人員。 技術(shù)特點(diǎn)優(yōu)勢(shì): 1、閾值自適應(yīng)變化。 2、短信及電話超限報(bào)警。 3、終端實(shí)現(xiàn)陣列測(cè)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(yuǎn)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(shí)驗(yàn)室，醫(yī)院等場(chǎng)所，特別適合在人員不方便進(jìn)入的場(chǎng)所使用。 市場(chǎng)價(jià)值及經(jīng)濟(jì)分析： 大型企業(yè)往往需要對(duì)諸多環(huán)境因子進(jìn)行精確測(cè)量，這時(shí)使用一般的測(cè)控儀，不能滿足大數(shù)據(jù)量實(shí)時(shí)處理的需要。我們正是利用FPGA高速處理速度以彌補(bǔ)它們的不足，更好的進(jìn)行環(huán)境因子測(cè)量和精確處理，有極大的應(yīng)用價(jià)值和市場(chǎng)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(duì)特定環(huán)境的某些指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)控和控制的系統(tǒng)，在某些行業(yè)應(yīng)用十分廣泛，例如鍋爐檢測(cè)控制，火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等等。 當(dāng)前國(guó)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(duì)環(huán)境的檢測(cè)方面多利用有線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，VB進(jìn)行操作界面的設(shè)計(jì)。雖然他們的設(shè)計(jì)有很多優(yōu)點(diǎn)，但是缺點(diǎn)也是非常明顯。首先閾值設(shè)定恒定，不能進(jìn)行自適應(yīng)設(shè)置，容易造成誤報(bào)和錯(cuò)報(bào)。其次因?yàn)闆]有快速的數(shù)據(jù)處理速度而不能進(jìn)行多路數(shù)據(jù)采集與處理，顯示界面粗糙且操縱性不強(qiáng)，并且必須用電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示與處理。以上設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)都十分制約著同類產(chǎn)品的市場(chǎng)推廣和應(yīng)用。 現(xiàn)在市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品的應(yīng)用還處在小范圍，特殊領(lǐng)域。其實(shí)，數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)還可以在更多方面得到應(yīng)用，正是由于現(xiàn)在市場(chǎng)上的同類產(chǎn)品有著這樣那樣的缺點(diǎn)，致使其應(yīng)用面大大減小。為了讓更多的領(lǐng)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(diǎn)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)，使其能更好的為人們的生活工作提供便利。
