【硕士论文】温室WSN节点恶劣环境性能测试平台的研制.pdf

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1、江苏大学硕士学位论文摘要本课题研究目的是构建测试WSN节点在温室内工作性能的系统，目前国内专门用于这种测试的平台比较少见。现代温室环境具有高温高湿的特点，本研究意义在于通过模拟温室内恶劣环境来测试WSN节点性能受其影响的程度和老化的状况。根据现有温湿度控制算法分析研究出新的控制策略来提高控制精度也有必要。文中详细论述了测试平台的系统组成，软件硬件设计和设备选型。测试平台工作时，温度湿度传感器感知测控平台的温度或湿度信号，信号经12位A／D转换后送至微处理器C8051F410处理，通过模糊自整定PID算法控制输出。平台加热和加湿功能是通过PWM输

2、出控制双向晶闸管，进而控制PTC加热器和超声波加湿器实现；制冷和除湿功能采用输出开关量驱动继电器装置实现。通过上位机的监控软件可以对平台定温定湿控制，利用数据库可以将期望温度、湿度，实际温度、湿度以及时间等数据进行记录和分析。研究和分析了适用于测试平台的几种常用的控制算法，将其进行比较和选择，发现PID控制在一般过程对象控制中可以得到比较好的效果，但该算法是建立在确切得知被控对象特性或特性不变的情况下，所以用这种算法控制系统存在很多困难。根据系统特性，通过研究模糊控制理论，结合PID算法设计了基于模糊推理的自整定PID控制器。上位机采用VB6．

3、0开发监控软件对整个平台的数据进行监控，通过对上位机设定，可以进行手动或自动操作以实现相应功能。WSN节点恶劣环境测试平台组装完成，并进行了测试，对得到的数据进行了分析，结果表明测试平台工作状态稳定，达到了设计要求。关键字：温室无线传感网络模糊PID算法单片机测试平台江苏大学硕士学位论文第一章引言1．1课题的来源与研究目的和意义本课题来源于国家“863”高技术发展计划资助项目“温室新型变结构自组织无线传感网络测控系统研究”(项目编号：2006AAl02258)。目前通过配置智能化无线传感器网络，对环境信息待测参数的无线传感处理分析来达到检测目的

4、，这一技术已经应用到国防军事，工农业生产等各个领域。利用无线传感器网络实现数据传输是解决温室环境测控系统通信问题的有效方法【l】。但温室高温高湿的特点对无线传感网络节点的性能会产生较大影响，需要开发一种针对测试无线网络节点性能及其老化情况的平台。其测试的关键是无线传感节点的性能及寿命的测试问题。无线传感网络节点的使用寿命不仅与节点电池的寿命和节点软硬件设计有关，还与温室环境的变化有关，恶劣的环境会对节点的使用寿命造成很大影响，可能会大大缩短其使用期限。本平台研制目的就是为了测试无线传感网络节点在不同温度湿度条件下的工作状态及其寿命，开发一种对温

5、度湿度控制精度较高的测试平台。目前在国内用于温室无线传感网络节点测试的试验平台鲜有见到，因此温室wSN节点恶劣环境测试平台的研制对温室无线传感网络节点的研制开发具有重要意义。现今各类气候试验箱，恒温恒湿箱的温湿度通常需要严格的控制才能满足各类实验的需要。但常常因为温湿度传感器测量正确性低，测量设备成本高而无法满足快速准确的要求。开发这样较高精确度和较低成本的测试平台有利于开展wSN节点恶劣环境性能的测试功能。1．2国内外研究现状和发展趋势最早的环境试验设备是在天然条件下进行的，这种试验不需要特殊的设备，但受天然环境条件的影响很大，试验时间长、重

6、现性差。为了正确验证产品环境适应性和可靠性，各国纷纷投入可观的人力和财力研制出能模拟天然环境条件的试验设备。自从1921年德国西门子公司研制出世界上第一台湿热试验箱，英国美国同本也先后开始研制和生产环境试验设备【21。江苏大学硕士学位论文环境试验用温度、湿热设备平台的工作原理有多种。目前温度控制使用最多的是通过压缩机制冷气体，电热丝加热升温，使箱体内气体循环降温。相对湿度是通过对箱体底部的蓄水槽体鼓风加热气化加湿，压缩机分路冷冻去湿来调节。设备通常由试验室、制冷机组和控制系统组成。试验室内包含样品区，空气调节通道。空气调节通道中有加热丝、蒸发器

7、、加湿器、风机，在通道出口有干球和湿球温度传感器。其工作原理为：将样品放入样品区，在操作面板给定试验条件(温度／湿度)，控制系统发出指令启动风机工作，根据试验的温度和湿度设定值，控制加热器、蒸发器和加湿器工作。风机在设备运行后一直工作，控制系统根据传感器测量反馈得到样品区内的实际温度和湿度，用一定的调节规律控制加热器、加湿器和制冷机等部件的工作，从而到达试验要求的温度和湿度‘31。目前温湿度控制平台追求既要保持一定的控制精度，又要做到无超调，无欠调。当前国际上做的较好的主要是德国和日本，还有我国台湾，其控制精度也能达到0．2。C，具有较强的技术

8、实力。国内现在能达到的温度最高精度约是0．3。C--0．54Co)，湿度为2％RH。温度控制范围从．70℃一180℃不等，湿度为20％RH一98％RH