畢業設計

題  目

基於物聯網平臺的校園環境監測系統

學生姓名

韓雪東

學號

20122761

班級

信1201-1班

專業

電腦科學與技術

承擔指導任務單位

信息學院

導師姓名

王學軍

導師職稱

教授

一、研究背景、國內外研究現狀及意義

1.研究背景

21世紀以來，人類科學技術迅猛發展，物聯網作為新的一門科學技術，正在逐漸的被人類所重視，是繼互聯網之後又一個新的技術研究高潮。隨著全球一體化的推進，物聯網技術得到了各個國家的重視，美國政府不僅對IBM提出的“智慧地球、物聯網、雲計算”給予高度重視，更提出要關註全球互聯網的管理與安全問題，這些內容在美國的受重視程度可見一斑。中國也不失時機的提出了發展物聯網，提出“感知中國”，“感知城市” 。物聯網為什麼如此受到各國的重視？歸根結底還是經濟發展問題，物聯網的發展有望推動世界經濟發展，為人類帶來福祉。

2.國內外研究現狀  

物聯網技術有望提高人類生活質量，推動世界經濟發展，在國際上，對物聯網技術的研究如火如荼。尤其以美國居首，美國很多大學都在無線感測器網路方面開展了大量的工作，如加州大學洛杉磯分校的CENS實驗室、WINS實驗室、NESL實驗室、LECS實驗室、IRL等。賓漢頓大學電腦系統研究實驗室在移動自組織網路協議、感測器網路系統的應用層設計等方面做了很多研究工作·····

國內的物聯網技術研究起步也很早，國內關於物聯網的研究大致分為三個方向，一是感測器網路硬體節點的研究，二是無線感測器網路軟體的研究，三是在物聯網的理論方面的研究。南京郵電大學UbiCell無線醫療感測器節點可實現高精度的脈搏、血氧、體溫等人體生理指標的監測。軟體方面，國內也取得了相應的技術突破，在基於國外操作系統之上，開發出了自己的中間件軟體。在理論研究方面，對無線感測器網路網路協議、演算法、體繫結構等方面提出了許多具有創新性的想法與理論，南京郵電大學、清華大學、哈爾濱工業大學在這方面取得了一些相關的理論研究成果。

3.研究意義

近年來世界受到經濟危機的衝擊，若沒有新的創新的技術出現和支撐，很難讓世界的經濟順利複蘇，因此各個國家都非常重視物聯網的研究與發展。物聯網技術經過介面與無線網路，實現物體與物體之間進行溝通和對話，實現人與物體之間進行溝通與對話，使人類的生產生活更為便利，更為信息化工業化，所以物聯網一定是一個蓬勃發展的新興行業，未來的物聯網一定能夠實現“智慧地球”的美好願景。

二、本課題主要研究內容

“基於物理網平臺的校園環境監測系統”是基於物聯網平臺的小範圍的環境監測解決方案，針對學校的相關學科建設以及對校園環境的有效監測，建設校園環境感知系統，使用ZigBee技術和感測器等物理網技術，輕鬆監測校園微氣象環境併進行發佈，給師生提供簡單方便的氣象預報。

本系統可以通過ZigBee技術和感測器等物聯網技術實現對校園環境溫度、濕度、PM2.5以及光照強度等環境的監測，可建立小型的校園氣象站，並通過電腦，手機等設備進行實時顯示，查詢等多種功能，師生可以通過手機客戶端瀏覽校園氣象信息。

以下是本課題4項主要內容：

（1）上位機用戶類別：系統管理員、普通用戶（師生）；

（2）上位機數據存儲：存儲下位機採集到的環境數據

（3）下位機數據採集與傳輸：通過ZigBee技術和感測器等物聯網技術實現底層的數據採集與傳輸，並能夠將數據傳輸到上位機上；

（4）上位機數據統計與分許：對相應環境數據進行統計並分析數據，提供有效適宜的建議；

三、研究方案：

（1）開發語言及環境：

開發語言：①上位機：.NET；

          ②下位機：C語言

開發環境：①下位機數據採集與傳輸：ZigBee開發板與相應感測器

          ②上位機：win7操作系統、visual studio2010開發環境、串口助手等相應軟體支持

（2）資料庫：sqlserver2008

（3）模塊劃分： 系統的功能模塊圖如下圖所示：

（4）各模塊功能介紹：

     用戶管理：用戶分為系統管理員用戶和普通用戶，系統管理員可以實現對普通用戶的管理和整個系統的管理，普通用戶只能夠使用數據查詢等普通功能；

     數據採集：底層數據採集，利用ZigBee模塊及相應感測器設備進行環境信息的採集，並利用無線傳輸技術將採集到的數據發送至上位機；

     數據查詢：能夠對以往的採集到的數據進行查詢，系統管理員可以對以往數據進行維護，普通用戶只具有查詢功能；

     數據分析：利用相應函數對以往的數據進行分析，並繪製簡單易懂的曲線圖，方便查看；

     信息發佈：上位機將信息發佈至校園環境檢測系統，方便用戶登錄查看天氣情況；

（5）系統架構圖

基於物聯網平臺的校園環境監測系統的系統架構由底層數據感知層、網路傳輸層和系統應用層組成，見下圖：

四、研究目標、主要特色及工作安排：  

1.研究目標：

從以上描述可以基本本系統研究目的化為以下三個方向：

（1）底層數據採集：

利用ZigBee以及相應感測器進行環境信息的採集；

（2）下位機與上位機的信息傳輸：

利用ZigBee無線傳輸技術將感測器採集到的信息傳至上位機，並將信息存儲到上位機；

（3）上位機的管理：

用戶管理、數據收集與存儲、數據分析、信息發佈等。

 2.主要特色

    在環境監測反面，小區域的環境監測還是有必要的，本系統能夠實時監測顯示校園環境變化，更具有調表性。ZigBee技術性能穩定，功能強大，數據精度高，適合長期使用，本系統定能夠受到全校師生的青睞。

3.進度計劃：

第1周－第6周      畢業實習，收集資料，熟悉開發環境；

第7周－第9周      需求分析，總體設計；

第10周－第14周    詳細設計，編碼，測試；

第15周－第16周    完善文檔，論文答辯。

五、參考文獻

[1] 無線龍.Zigbee無線網路原理[M].物聯網應用技術.冶金工業出版社, 2011.

[2] 李明亮 蒙洋 康輝英.例說 Zigbee[M].物聯網"落地有聲".北京航空航天大學出版社, 2013.

[3] 郭淵博.ZigBee技術與應用[M].[M].北京:國防工業出版社, 2010.

[4] 周濤.基於Zigbee技術的無線感測器網路平臺的設計與研究[M].[D].新疆大學, 2009.

[5]張文博.基於ZigBee網路的安全監控系統關鍵技術研究與實現[D].解放軍信息工程大參考文獻學.2010.

[6]孟亞輝.淺談軟體項目幵發過程巾的^求分析[J].科技信息,2009,11:435-436.

[7] Vidya Vart Agarwal.《C#2012資料庫編程入門經典》（第五版）.清華大學出版社.2013.01

[8] 孔琳俊.《30天學通C#項目案例開發》.電子工業出版社.2009.02

指導教師簽字

時   間

  　　 年　  月    日