火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)

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1、 中 北 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計開題報告 學(xué) 生 姓 名： 學(xué) 號： 學(xué) 院、系： 信息與通信工程學(xué)院電氣工程系 專 業(yè)： 自動化 設(shè) 計 題 目： 基于matlab的無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 火災(zāi)監(jiān)控仿真軟件設(shè)計 指導(dǎo)教師: 劉長明 2012 年3 月15 日  畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 一．火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷史 隨著科技的進步, 現(xiàn)代火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)正朝著分布式、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的方向發(fā)展。人們不僅要

2、求系統(tǒng)穩(wěn)定可靠, 功能齊全, 而且還要求能夠結(jié)合無線通信的優(yōu)勢, 實現(xiàn)無線監(jiān)控, 實時掌握系統(tǒng)的運行狀態(tài)。傳統(tǒng)的火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)【1】主要安裝紅外或微波等各種類型的報警探測器, 通過有線方式與計算機安全綜合管理系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng), 計算機系統(tǒng)對報警系統(tǒng)進行集中管理和控制。由于電子設(shè)備長期處于運行狀態(tài), 電氣設(shè)備過載、過熱、 短路的火災(zāi)隱患較多。因此, 傳統(tǒng)的火災(zāi)監(jiān)測報警系統(tǒng)本身也存在著安全隱患。 集成有傳感器、數(shù)據(jù)處理單元和通信模塊的微小節(jié)點借助于內(nèi)置的形式多樣的傳感器測量周邊環(huán)境的熱、紅外、聲納、雷達和地震波信號,從而探測包括溫度、濕度、噪聲、光強度、壓力、土壤成分、移動物體的大小、速度和方向等眾多部

3、署者感興趣的物質(zhì)現(xiàn)象。與傳統(tǒng)的信息獲取方式相比, 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有自組織、功耗小、廉價和快速部署、可擴展性強、能在惡劣和特殊的環(huán)境下正常工作等優(yōu)點【2】【3】。因此基于無線傳感器節(jié)點的火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)將更加靈活、方便和可靠。 二．無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的簡介 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wireless sensor networks．WSN)就是由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量的具有特定功能的傳感器節(jié)點(sensor node)通過自組織的無線通信方式，形成一個多跳的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而相互傳遞信息，協(xié)同合作來完成特定任務(wù)。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有十分廣闊的應(yīng)用前景，在軍事國防、工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、搶險救災(zāi)、防恐

4、反恐、危險區(qū)域遠程控制等許多重要領(lǐng)域都有重要的實用價值，已經(jīng)引起了許多國家學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視，被認為是對21世紀產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一?！?】無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到的數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確、直接地反映監(jiān)控現(xiàn)場的各種環(huán)境因素變化情況，而且時效性更好。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在無人值守的環(huán)境監(jiān)測、災(zāi)害撲救等特殊領(lǐng)域，具有傳統(tǒng)技術(shù)無可比擬的優(yōu)勢。 三．無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在火災(zāi)監(jiān)控方面的發(fā)展 近年來, 國內(nèi)外在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究應(yīng)用上取得了很多成果。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)目前主要應(yīng)用在環(huán)境監(jiān)測和目標(biāo)跟蹤領(lǐng)域。學(xué)者提出了利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造一個支持火災(zāi)即時檢測和災(zāi)后引導(dǎo)撤離的系統(tǒng)框架和用于森林火災(zāi)預(yù)警的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

5、。前者由火災(zāi)檢測傳感器網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)收集層、中間件、逃離引導(dǎo)系統(tǒng)四部分組成。后者則描述了在森林火災(zāi)預(yù)警方面無線傳感器網(wǎng)絡(luò)比傳統(tǒng)的基于衛(wèi)星檢測方法的優(yōu)越性, 且在對數(shù)據(jù)進行融合時采用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方法大大提升了數(shù)據(jù)處理的效率。相關(guān)文獻還論述了鋪設(shè)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)用于住宅、商業(yè)區(qū)的危害檢測方面的獨特優(yōu)勢,并介紹了一種混合無線通信方法— SIGMASPASE。它具有更大的檢測范圍和較小傳輸能量損耗。【5】 伴隨著無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，以及人們對居住環(huán)境的要求越來越高，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)將是一種必然的選擇。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種功耗低、成本低、易應(yīng)用的近距離無線通信技術(shù)。本設(shè)計將它

6、與火災(zāi)報警系統(tǒng)有機的結(jié)合起來，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點來傳遞火災(zāi)信息，節(jié) 點利用熱釋電紅外傳感器，CO 傳感器和煙霧傳感器同時捕捉火災(zāi)信號?！?】其中重要的是節(jié)點的設(shè)置，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(sensor node)具有RFID功能，隨機部署在被監(jiān)測區(qū)域的各個部分，負責(zé)對紅外線數(shù)據(jù)、CO濃度數(shù)據(jù)和煙霧數(shù)據(jù)的感知和采集，在傳輸過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)可能被多個節(jié)點處理，并通過無線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送至匯聚節(jié)點(sink)，匯聚節(jié)點和監(jiān)管中心通過互連網(wǎng)或衛(wèi)星進行通信，[7]從而通過個人電腦(Pc)對數(shù)據(jù)進行處理分析，這樣被監(jiān)測區(qū)域中情況就可以及時傳遞給相關(guān)人員。 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)最廣泛采用的框

7、架統(tǒng)為：所有的節(jié)點周期性地將采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送到信息處理中心, 稱為基站, 基站根據(jù)接到的數(shù)據(jù)判斷某個預(yù)先定義的事件是否發(fā)生, 本系統(tǒng)稱這種方式為“數(shù)據(jù)收集”。另一種更有效的現(xiàn)實方式為“數(shù)據(jù)壓縮” , 節(jié)點對采集到的數(shù)據(jù)進行處理, 然后轉(zhuǎn)發(fā)到基站。[8][9]然而, 這些方法對于實時要求很高的應(yīng)用如緊急事件報警則不太合適。這些傳統(tǒng)方法最大的缺點就是沒有考慮到實時要求, 大量的數(shù)據(jù)交換將產(chǎn)生巨大的能量消耗, 同時基站需要對數(shù)據(jù)進行進一步的分析, 這可能導(dǎo)致報警信號不能及時發(fā)出。[10][11] 四．MATLAB7.0的簡介 MATLAB是矩陣實驗室之意，除了具備卓越的數(shù)值計算能力之外，

8、它還提供了專業(yè)水平的符號計算，文字處理，可視化建模仿真和實時控制等功能。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，她的指定表達式與數(shù)學(xué)工種中常用的形式十分相似，故用MATLAB來解決問題要比用C,FORTRAN等語言完成相同的事情簡捷的多。在新的版本中加入了對C, FORTRAN,C++的支持可以直接調(diào)用。用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲組ATLAB函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用。MATLAB的基礎(chǔ)是矩陣計算，但是由于它的開放性，并且marhwork也吸收了像Maple等軟件的優(yōu)點，使MATLAB成為一個強大的數(shù)學(xué)軟件。當(dāng)前流行的MATLAB6.5/7.0包括擁有整百個內(nèi)部函數(shù)的主包和三十種工具包。工具

9、包又可以分為功能性工具包和學(xué)科工具包。功能性工具包用來擴充MATLAB的符號運算，可視化建模仿真，文字處理及實時控制等功能。學(xué)科工具包是專業(yè)性比較強的工具包?？刂乒ぞ甙?，信號處理工具包，通信工具包等都屬于此類。除內(nèi)部函數(shù)外，所有MATLAB主包文件和各種工具包都是可讀可修改的文件，用戶通過對源程序的修改或加入自己編寫程序構(gòu)造新的專用工具包。【16】 五.MATLAB7.0的特點 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可以使用MATLAB進行軟件仿真。而MATLAB7.0是最常用的仿真軟件，它有如下特點： （1） 友好的的工作平臺和編程環(huán)境。 （2） 簡易易用的程序語言。 MATLAB允許用

10、戶以數(shù)學(xué)形式的語言編寫程序，用戶在命令窗口即可直接得出結(jié)果，這比C,Fortran和BASIC等高級語言都要方便的多。 （3） 強大的科學(xué)計算機數(shù)據(jù)處理能力 （4） 出色的圖形處理能力。 MATLAB具有強大的圖形處理功能，它本身帶有許多繪圖的庫函數(shù)，可以很輕松地畫出各種復(fù)雜的二維和多維圖形。這些圖形可以在于運行該程序的計算機連接的任何打印機上打印出來，這使得MATLAB成為使技術(shù)數(shù)據(jù)可視化的杰出代表。 （5） 應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱。 （6） 實用的程序接口和發(fā)布平臺。 （7） 應(yīng)用軟件開發(fā)（包括用戶界面）。 五．總結(jié) 基于matlab的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)火災(zāi)監(jiān)控仿真軟件設(shè)計

11、重點在于火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的了解,無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和MATLAB軟件的仿真應(yīng)用。 參考文獻： [1] 王芳, 馬幼軍, 蔣國平. 智能化住宅防盜防火報警系統(tǒng)設(shè)計[J].傳感器技術(shù), 2002,(21) 10 [2]羅海勇, 李錦濤, 趙方等.溫室無線測控網(wǎng)絡(luò)信息采集分系統(tǒng)實際研究[J]. 微電子學(xué)與計算機 2007，(24) 10 [3] 劉勁松，楊明，劉曉平.基于CC2430 和Zigbee2006 協(xié)議棧的通信模塊設(shè)計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用，2010,2:26-28. [4] 王永祥，趙鵬偉．?dāng)?shù)據(jù)庫中動態(tài)報表的制作[J]．電腦編程技巧與維護，1999(1)：10一l2．

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13、計算機工程與應(yīng)用，2004(34)：199—201． [11]程敏明．談?wù)剶?shù)據(jù)庫中動態(tài)報表的制作[J]．中國科技信息，2005(17)：224—225． [12]Zhilin P A．Dynamic forms of equilibrium of a bar com—pressed by a dead force[C]／／Control of Oscillations andChaos，1997 1st International Conference．[s．1．]：[S．n．]，1997． [13] Horng Mong-Fong, Shih Chien-Chou, Hsieh Wen

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15、bee 技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007. [16]劉長明.基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)監(jiān)測與營救方法的研究[J].控制理論與控制工程.2008 (3) 5  畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 本次課題的任務(wù)是設(shè)計一個仿真軟件，監(jiān)測一個區(qū)域的火災(zāi)情況和執(zhí)行火災(zāi)發(fā)生以后的救災(zāi)策略。 在區(qū)域中布置無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和具有滅火功能的機器人，監(jiān)測區(qū)域中存在一些障礙物。要求當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點感應(yīng)到火災(zāi)之后，通過傳感器網(wǎng)絡(luò)通知機

16、器人。機器人趕到火源位置滅火，前進途中如若有障礙物，機器人要繞開障礙物。 因此，本文可看做是利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行區(qū)域火災(zāi)監(jiān)控與救災(zāi)，之后使用MATLAB軟件仿真。 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的森林火險監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計 基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(wirelesssensor network，WSN)的火險監(jiān)測系統(tǒng)，整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中的傳感器節(jié)點(sensor node)具有RFID功能，隨機部署在被監(jiān)測區(qū)域的各個部分，負責(zé)對溫濕數(shù)據(jù)，CO濃度數(shù)據(jù)和煙霧數(shù)據(jù)的感知和采集，在傳輸過程中監(jiān)測數(shù)據(jù)可能被多個節(jié)點處理，并通過無線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)發(fā)送至匯聚節(jié)點(sink)，匯聚節(jié)點和監(jiān)管中

17、心通過互連網(wǎng)或衛(wèi)星進行通信，從而通過個人電腦(Pc)對數(shù)據(jù)進行處理分析，這樣被監(jiān)測區(qū)域中溫濕情況，CO濃度情況和煙霧情況就可以及時傳遞給相關(guān)人員，隨時關(guān)注監(jiān)測區(qū)域的火險情況。 基于MATLAB的仿真實驗 仿真過程利用MATLAB7.0的圖形用戶界面（簡稱GUI）設(shè)計。GUI是由窗口,按鍵，菜單，文字說明等對象構(gòu)成的一個用戶界面。GUI的使用更易于圖形表現(xiàn)得多元化，用戶不需要一行一行的用程序來設(shè)定只用鼠標(biāo)選擇即可。在回調(diào)處理模式下，也可以用程序設(shè)計方式將各個相關(guān)的處理程序集成單一的處理系統(tǒng)。 GUI的制作包括界面設(shè)計和程序?qū)崿F(xiàn)，即GUI的一般制作步驟： （1）分析界面所要

18、求實現(xiàn)的主要功能。 （2）初步手繪界面草圖，并仔細審查草圖。 （3）上機制作（靜態(tài)）界面。 （4）編寫界面動態(tài)功能的程序，對功能進行逐項檢查。 仿真實驗要確定一個監(jiān)測區(qū)域，由MATLAB得GUI的axes坐標(biāo)控件來表示。 坐標(biāo)區(qū)域內(nèi)仿真實驗要用到三種節(jié)點： （1）傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點 采用ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。代表著安裝了溫濕數(shù)據(jù)傳感器，CO濃度數(shù)據(jù)傳感器和煙霧數(shù)據(jù)傳感器的節(jié)點，隨時監(jiān)測區(qū)域內(nèi)是否有火災(zāi)發(fā)生。 （2）搜索障礙物的節(jié)點 當(dāng)監(jiān)測區(qū)域不大時，我們可以通過目測找到障礙物，并進行標(biāo)示.當(dāng)監(jiān)測區(qū)域過大或人員不方便進入?yún)^(qū)域標(biāo)示時，我們可以安裝有搜索障礙物的傳感器的移動節(jié)點。讓它在

19、區(qū)域內(nèi)搜索障礙物，當(dāng)移動節(jié)點發(fā)現(xiàn)障礙物時就停下進行標(biāo)示。因此，多個節(jié)點就可以確定障礙物的位置，形狀和大小。 （3）機器人節(jié)點 將一個傳感器安裝在機器人上接收網(wǎng)絡(luò)中傳遞的信息進行融合轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點發(fā)現(xiàn)火災(zāi)時，就會在整個網(wǎng)絡(luò)中廣播火災(zāi)信號并且發(fā)送火災(zāi)的位置。機器人上的傳感器節(jié)點接收到信號，則該機器人節(jié)點啟動機器人進行滅火。  畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 指導(dǎo)教師意見： 張婷同學(xué)通過對設(shè)計的題目認真分析，進行了具體文獻查詢，提交的文獻綜述反應(yīng)了對課題的初步認識。對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相關(guān)內(nèi)容進行學(xué)習(xí)，針對將無線傳感器思想應(yīng)用到火災(zāi)監(jiān)控領(lǐng)域的技術(shù)進行了分析。對matlab軟件的程序

20、設(shè)計進行總體的說明。從中可以看出該生對設(shè)計題目有了一個系統(tǒng)的認識。軟件程序設(shè)計對于本專業(yè)本科畢業(yè)生是個必需熟練的技術(shù)，需要利用本科學(xué)習(xí)的經(jīng)驗進行分析學(xué)習(xí)，有一定的研究意義。綜上分析，同意開題。 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在系審查意見： 系主任： 年 月 日 9 / 10文檔可自由編輯打印