基本信息
- 项目名称：
- 多路无线智能环境监控系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 温度、湿度、光强、烟雾和人类的生产、生活有着密切的关系，同时也是工业生产中最常见最基本的工艺参数。如何更好的监测及利用这些参数在现代社会中显得越来越重要。本设计就是利用FPGA芯片开发的一个多路无线智能环境监控系统。利用该系统，观测者可以在监控室内实现非介入式检测，可广泛适用于农业大棚，工作车间，实验室，医院，小区等复杂的场所，特别适合在人员不方便进入的场所使用。
- 详细介绍：
- 本设计利用多路单片机和多种传感器构成的数据采集终端实现对当前所处环境温度、湿度、光强、烟雾的实时监测，由基于FPGA的控制处理核心对采集的数据做出相应处理：VGA显示和控制，实现自动超限报警，自动做出相应处理，自动发送手机短信提醒并进行以太网远程控制等功能。该系统主要由节点模块（温度湿度传感器、光照烟雾传感器、单片机单元），NRF24L01无线传输模块，FPGA处理中心运用智能算法进行数据处理和校验模块，VGA实时显示模块，µcosII嵌入式操作系统模块，手机报警模块构成。每路数据终端的单片机主要完成对该路多种环境因子的采集与FPGA的无线实时通信，由FPGA部分完成对采集原始数据的校验及处理，将有效数据实时显示在VGA显示屏上，并对数据终端进行反馈控制，同时将当前的数据存入Flash和上传至以太网。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 本设计利用FPGA对单片机采集的原始数据进行分析，及时传达给用户并作出相应处理。以满足对环境有严格要求的场所。 创新点： 1、采用FPGA控制下的多点多路信息采集，可实现阵列测量。 2、利用GSM网络实现发送短信报警、短信回复控制以及语音模块ISD1730的电话查询功能。 3、根据环境利用LMS算法对各种传感器的阈值进行自适应设置。 4、将数据上传至以太网，利用网页实现对环境数据的实时监测，体现物联网的设计思想。 5、采用太阳能供电，绿色环保并且低功耗。 技术关键： 1、手机短信发送延时处理。 2、数据显示延时处理。 3、超标终端自动控制延时处理。 4、数据传输延时处理。 5、数据显示误差处理。 6、阈值自适应设置的合理性处理。 7、基于µcos II 以太网的数据传输。 8、采集终端太阳能供电系统的设计。 9、基于低功耗处理器MSP430单片机的电路设计。 10、MSP430单片机对采集的数据的数据滤波。 主要技术指标： 1.温湿度传感器检测温度范围-40—80℃，分辨率0.1℃，响应时间6s，精度±1℃。湿度检测等级0—100%RH，分辨率0.1%RH，精度±3%RH,响应时间2s。 2.ISD1730语音录放模块工作电压2.4V-5.5V，工作电流20mA。 3.NRF24L01模块1.9V-3.3v低电压工作，最高工作速率2Mbps。 4.TC35i GSM模块工作电压3.3 －5.5V，通话峰值电流1.8A。
科学性、先进性
- 市场上存在多种基于简单传感器的温度湿度检测仪，在某种意义上可以实现对环境温度的单点测量，当对环境参数测量精度要求不高，实时性要求较弱时，简单的测试仪的确可以满足要求，但当处理大数据量的信息并要求实时显示环境参数时，简单的测试仪就达不到理想的效果并且不能远距离观测。相比之下，我们的作品呈现出以下几方面优势： 1、多路多点数据采集，最多可达16路，每路可扩展多种传感器，可在多个环境下采集数据。 2、阈值设定智能化，采用LMS算法，实现智能学习校准阈值。 3、FPGA clyoneⅡ芯片作为多路多点的处理中心，处理数据快速，主频最高可达400MHZ。 4、查询渠道广泛。VGA人机显示界面友好，克服传统的LCD显 示，可继续扩展触摸屏。网页，电话，短信完成对环境因子的远距离获取。 5、数据可存储。如需要，可以调出以前的数据，便于分析研究。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 非专利技术转让
作品可展示的形式
- 1、实物、产品 2、现场演示 3、图片 4、录像 5、样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明： 先将数据采集终端放在要采集的环境中，再将基于FPGA处理中心放在监控室中，上电运行。将SIM卡插到TC35i –GSM的卡槽，拨打指定SIM卡，有TC35i –GSM模块接听电话并有语音模块播报当前的环境因子。当环境因子超出自适应阈值时有TC35i –GSM模块发送短信并拨打电话给一个或多个工作人员。 技术特点优势: 1、阈值自适应变化。 2、短信及电话超限报警。 3、终端实现阵列测量。 4、无线数据传输。 5、FPGA快速处理速度。 6、VGA显示与控制。 7、以太网远距离观察。 推广前景和适用范围: 该产品可适用于农业大棚，工作车间，实验室，医院等场所，特别适合在人员不方便进入的场所使用。 市场价值及经济分析： 大型企业往往需要对诸多环境因子进行精确测量，这时使用一般的测控仪，不能满足大数据量实时处理的需要。我们正是利用FPGA高速处理速度以弥补它们的不足，更好的进行环境因子测量和精确处理，有极大的应用价值和市场前景。
同类课题研究水平概述
- 数据采集控制系统是一种对特定环境的某些指标进行监控和控制的系统，在某些行业应用十分广泛，例如锅炉检测控制，火灾报警系统等等。 当前国内同类课题虽然有很多，但大多数是基于MSP430，ARM的数据采集和信息处理，并且在对环境的检测方面多利用有线进行数据传输，VB进行操作界面的设计。虽然他们的设计有很多优点，但是缺点也是非常明显。首先阈值设定恒定，不能进行自适应设置，容易造成误报和错报。其次因为没有快速的数据处理速度而不能进行多路数据采集与处理，显示界面粗糙且操纵性不强，并且必须用电脑进行数据的显示与处理。以上设计的缺点都十分制约着同类产品的市场推广和应用。 现在市场上的同类产品的应用还处在小范围，特殊领域。其实，数据采集和控制系统还可以在更多方面得到应用，正是由于现在市场上的同类产品有着这样那样的缺点，致使其应用面大大减小。为了让更多的领域能方便，快捷的使用数据采集控制系统，有必要克服上述缺点，对产品进行优化和升级，使其能更好的为人们的生活工作提供便利。
