水环境监测 开题报告2.doc

南京邮电大学通达学院毕业设计(论文)开题报告 题目 水产养殖环境监测系统的设计 学生姓名 班级学号 专业 通信工程（嵌入式系统开发） 1 对课题任务的学习理解 本次任务需要设计一个针对水产养殖环境（溶解氧浓度、PH值、透光度、无机盐含量、水温）的监测系统。 实时监测池塘内水温、溶解氧浓度、PH值、透明度等参数，要求采用低功耗方案，各个节点与岸上节点一起，构成无线传感器网络；采用基于Si1000芯片的短距离无线通信模块，各个节点具有防水功能； 系统中配有渔用自动增氧机，当监测到溶解氧浓度低于设定门限值时，可以自动开启设备；高于设定门限值时，可以自动关闭； 系统中配有自动投饵设备，到设定时间点，可以进行鱼饵的自动投放； 系统中配有带3G通信接口的无线传感器网关，该网关一方面与各个传感器节点通信，同时通过3G无线通信接口与外部网络相连，管理者通过手机或网络，可以查询到系统的状况（被监测参数、设备状况等）； 设计无线节点间的路由方式、通信协议和系统的主要工作流程。 预留WiFi接口、视频监控接口。 类型是系统设计。其主要任务是通过对网关和节点的功能、工作流程、节点间通信方式等，还有系统的低功耗供电方式等的设计来完成满足设计要求的水产养殖环境监测系统设计方案。 经分析本课题有如下步骤： 了解该系统的功能 设计出详细的系统图 模块与模块间调试 其中重点为 第二部分 系统图设计和 第三部分 模块与模块间调试；难点为 第二部分 系统图设计。 经学习，该系统应具有如下功能：能够实行对溶解氧浓度、PH值、水温、透明度等参数的监测与改善，能够自动定时对鱼塘实施投饵，用户能够通过登录网页查看到实地搜集到的参数，观看时实录像，实施各项具体的远程操作，来改善水质，该系统还自带报警保障机制，在超过预警线时会向用户报警，超过警戒线时，会自动反馈消息开启机器，直到水环境重新回到正常。 2 文献资料调研综述 对于本课题，我进行了如下调研： 网上进行国内、外期刊论文检索和阅读，了解当前国内、外发展现状。主要登陆了百度文科，IEEE, CNKI中国知识资源总库网站和导师提供一些参考文献。由于水产养殖对水环境稳定正常的依赖，一个稳定、低耗、高效的多功能水产养殖环境监测系统适应了市场的需求，前景明朗。在这基础上，我设计了该系统，系统图如图1。 图1 水产养殖环境监测系统 作为一个监测系统，水质监测是其最最基本的功能。经过各种资料的查看，监测系统最终决定采用Si1000芯片来完成设计。Si1000 工作电压为1． 8 ～ 3． 6V，使用单节电压为3V 的纽扣电池即可工作; 有5 种电源管理模式( 正常模式、休眠模式、空闲模式、关闭模式和暂停模式) ，正常模式下，Si1000 的省电架构能将工作电流减小到160μA/MHz; 典型休眠模式下电流仅为315nA; 对于深度休眠模式，在保存完整RAM 数据的情况下，可在低至25nA 的情况下正常运行。此外，Si1000 支持快速唤醒功能; 内部集成了2 个分别适用于休眠和正常模式的欠压检测器; 包含1 个DC /DC 升压转换器，RF 接收和发射周期内的效率为90%，效率较高。 图2 Si1000 芯片内部结构图 Si1000 内部结构如图2 所示。其中的微处理器MCU 兼容8051 指令系统，采用流水线指令， 70% 的指令的执行时间为一个或两个时钟周期，最高速度达25MIPS; 有4 KB 的RAM; 64 KB 可在线编程的Flash，可用于非易失性数据存储，并允许现场更新8051 固件; 片上集成的外围接口和器件有UART、SPI、SMBus /I2C、4 个通用定时/计数器、PCA、WDT、电压比较器和10bitA/D 转换器等，以及具有非侵入式全速在线系统调试的C2 开发接口; 可以满足不同应用对微控制器的不同要求。收发模块EZRadio-PRO Transceiver 内部集成分集式天线功率放大器、唤醒定时器、数字调制解调器、常用的A/D 转换、64字节的发送和接收数据缓冲寄存器( FIFO) ，以及可配置的GPIO、自动频率校准及可编程包处理等。Si1000 的接收灵敏度为－ 121dBm，可提供较佳的链路质量，在不加功率放大器时的最大输出功率达+20dBm，设计良好时收发距离最远达2km; 具有FSK、GFSK 和OOK 三种调制模式，最高数据传输速率256kbit /s，适应了系统的硬性要求。 Si1000 可以通过对寄存器75h、76h、77h 的设置在240 － 960 MHz 范围内灵活选择所需频段，这里选用的中心频率为915MHz，此时寄存器75h、76h、77h 对应的初始化值为75h、BBh、80h。通过1Ch、1Dh、6Eh、6Fh 等寄存器，可对RF 控制字( 主要是频率