论文总字数：28351字

摘 要

实验动物对人类社会的教育、卫生、医药等地的发展有着极其重要的意义。实验动物质量的好坏会影响到对实验动物进行的实验的结果，质量的参差不齐会会导致实验结果的不精确。故实验动物的质量对于科学研究至为重要，实验动物的质量与其生长环境密切相关，适宜的环境参数对于动物的健康生长至关重要，因此，对实验动物生长环境参数的检测是必不可少的。

本文设计了一个基于ZigBee无线组网的实验动物生长区环境参数检测系统。系统通过ZigBee模块建立无线组网，避免有线传输的重复布线的麻烦性，ZigBee模块的终端节点通过与相应的传感器连接，控制传感器，检测环境参数，本文所设计的系统中的终端节点，就是ZigBee节点与相应的传感器连接，检测相对应的环境参数如光照、温湿度等，检测完毕后，数据经过协调器作为中转，最终发送给上位机。上位机基于labview图像语言，实现对数据的实时检测与历史数据的查询。

本次毕业设计所设计出的系统，基本实现了环境参数的检测与上位机对数据的实时显示与存储和查询的功能，但美中不足的是系统尚未实现数据的联网，只能是单机显示与查询。

关键词：无线传输；ZigBee；Labview；传感器；温湿度

Abstract

Experimental animals are greatly significant to the development of human society, such as education, health, medicine and so on. The quality of experimental animals will affect the results of the experiments on experimental animals, and the uneven quality will lead to the imprecision of the experimental results. Therefore, the quality of experimental animals is very important for scientific research. The quality of experimental animals is closely related to their growth environment. Appropriate environmental parameters are crucial for the healthy growth of animals.

In this paper, a system which is based on ZigBee wireless netwok is designed to detcet the environmental parameter of the growing zone of the experimental animals. Set up a wireless network system through the ZigBee module, to avoid repetition of cable transmission wiring trouble, ZigBee module connection terminal node with the corresponding sensor, control, sensor testing environment parameters, the terminal nodes, the designed system in this paper is ZigBee nodes connected to the corresponding sensors, to detect the corresponding environment parameters, such as light, temperature and humidity testing has been completed, the data after the coordinator as transit, eventually sent to the PC. Based on labview image language, the upper computer realizes real-time detection of data and query of historical data.

The system designed by the graduation design basically realizes the function of environmental parameter detection and the real-time display, storage and query of the data by the upper computer. However, the system has not realized the data networking yet, so it can only be displayed and query by a single machine.

Key words: Wireless transmission;ZigBee; Labview; Sensor; temperature and humidity

目录

第1章 绪论 1

1.1目的及意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3本文主要内容 2

第2章 系统整体方案的设计及论证 3

2.1检测系统的设计要求 3

2.2系统方案的设计与论证 3

2.2.1下位机方案的设计与论证 3

2.2.2上位机方案的设计与论证 5

2.3系统整体的设计方案 6

第3章 硬件设计 7

3.1 ZigBee无线模块硬件 7

3.2串口通信 7

3.3终端检测节点的硬件设计 8

3.3.1温湿度检测节点硬件设计 8

3.3.2光照检测节点硬件设计 10

第4章 下位机软件设计 12

4.1ZigBee协议与Z-Stack协议栈 12

4.2无线组网软件设计 14

4.2.1协调器建立网络 14

4.2.2 终端节点加入网络 15

4.2.3 协调器与终端节点程序设计 17

4.3 终端节点程序设计 20

4.3.1DHT11温湿度传感节点程序设计 20

4.3.2GY-30光照节点程序设计 21

第5章上位机软件设计 23

5.1 系统整体逻辑 23

5.2连接access数据库 23

5.3 系统界面 24

5.3.1登录模块 24

5.3.2 修改密码模块 26

5.3.3数据实时显示模块 27

5.3.4 历史数据查询模块 29

第6章 系统调试 30

6.1 下位机调试 30

6.1.1 组网调试 30

6.1.2 串口通信调试 31

6.2上位机调试 33

6.2.1 登录界面调试 33

6.2.2 修改密码界面调试 34

6.2.3 数据实时检测界面调试 35

6.2.4 历史数据查询界面调试 36

6.3小结 36

第7章 结论与展望 37

参考文献 38

附录 40

附录A 40

附录B 40

附录C 42

致谢 49

第1章 绪论

1.1 目的及意义

通过对动物的研究，最终将研究成果应用于人类自身，这就是实验动物学科存在的意义。实验动物在医学领域，可以作为新型药物研发过程中的临床研究对象，通过在实验动物身上进行实验，可以极大的提高在新型药物在人体身上实验的成功率，降低对人体的损害。实验动物还可用于教学以及一些其他的科学研究，极大的提升教学效率与科学研究的进度。

实验动物对于新型药物的研发，科学研究发展，教学以及其它的一些实验等有着不可忽视的重要作用。实验动物质量的好坏会关系到科学实验的成功与否，会影响到新型药物的研发进度。对于最近新型肺炎的病原体——新型冠状病毒的疫苗的研发，必然会用到实验动物进行临床研究，如果因为实验动物质量的问题而推迟了疫苗的研发进程，这将是重大的损失。

综上所述，实验动物对如今的社会发展至关重要，对于实验动物生长环境参数^[1]的实时监测，也是至关重要的，通过对生长环境各项参数的及时监测与调整，可以使实验动物始终处于合适的生长环境。

1.2 国内外研究现状

生长环境会影响到实验动物的生长状态，从而影响产出的质量并最终对实验结果产生影响。目前，大部分实验动物在室内环境条件下生长，而我国对于室内环境质量的研究起始于上个世纪八十年代，对于实验动物设施建筑的规划与环境参数的要求陆续完成，国外的研究则较早进行。

环境参数的检测不仅仅可以应用于实验动物生长区，还可以应用到诸如温室，洁净区等各种环境参数对生产质量有重大影响的生产环境中。当今社会，在各个领域的生产过程中，环境参数的检测都是至关重要的一环，适宜的环境可以极大地提升产出的质量。起始阶段，人们只能单纯的使用温度计等一些简单的测量仪器来相应的环境参数进行检测，伴随着计算机技术的发展与传感器的诞生与发展，环境参数的检测越来越便易与智能。随着无线传输技术的发展，环境参数检测系统也逐渐摆脱了有线传输的局限性，特别是今年来兴起的ZigBee无线传输技术，其独有的低速率，低功耗，低成本使得无线传输的环境参数检测系统应用更为广泛。

国内的室内环境参数检测系统大多依靠单片机与不同功能的单片机作为终端，实现参数实时检测，同时短距离无线通信技术的应用与推广，使数据的传输简便，避免了重复布线，使实时监测数据，以及数据的收集，存储与分析更为方便。郑州大学的王琦提出了基于ZigBee技术的温湿度检测研究与改进^[2]，侯秀丽提出了基于物联网的温湿度检测^[3]。宁夏大学的高红红同学，广东工业大学的唐机组同学在他们的研究生生涯中，也对环境参数检测进行了相关研究^[4][5].具体针对监测环境范围，进行分区域的分布式布点，采集数据的终端与平台通过无线通讯联系进行数据的传输，避免的在场地之中重复布线，并减少整个系统的成本。

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