PAGE——PAGE3——序號：編碼：武漢工程大學“挑戰杯”大學生課外學術科技作品競賽作品申報書作品名稱：無源危險液體液位檢測系統學院班級：申報者姓名（集體名稱）：指導老師：職稱類別：□自然科學類學術論文□□哲學社會科學類社會調查報告和學術論文□科技發明制作A類√□科技發明制作B類

A2申報者情況（集體項目）說明：1．必須由申報者本人按要求填寫；2．申報者代表必須是作者中學歷最高者，其余作者按學歷高低排列；3．本表中的學籍管理部門簽章視為申報者情況的確認。申報者代表情況姓名性別男出生年月學院電氣信息學院專業班級電氣學歷本科學制4入學時間2013年作品名稱光纖無源危險液體液位檢測系統畢業論文題目通訊地址湖北省武漢市江夏區流芳大道特一號武漢工程大學流芳校區電氣信息學院2013級電氣郵政編碼430205辦公電住地通訊地址湖北省武漢市江夏區流芳大道特一號武漢工程大學流芳校區電氣信息學院2013級電氣郵政編碼430205住宅電話其他作者情況姓名性別年齡學歷所在單位陳凱男21電氣電氣信息學院王帥帥男19電氣電氣信息學院鄧祖國男21電氣電氣信息學院賴鵬程男20電氣電氣信息學院晏曉利女19電氣電氣信息學院資格認定學校學籍管理部門意見以上作者是否為正式注冊在校的全日制非成人教育、非在職的專科生、本科生、碩士研究生或博士研究生。□是□否（部門簽章）年月日院、系負責人或導師意見本作品是否為課外學術科技或社會實踐活動成果是負責人簽名：2014年10月15日

B3．申報作品情況（科技發明制作）說明：1．必須由申報者本人填寫；2．3．本表必須附有研究報告，并提供圖表、曲線、試驗數據、原理結構圖、外觀圖（照片）,也可附鑒定證書和應用證書；4．作品分類請按照作品發明點或創新點所在類別填報。作品全稱便攜式家庭環境檢測系統作品分類（B）A．機械與控制（包括機械、儀器儀表、自動化控制、工程、交通、建筑等）B．信息技術（包括計算機、電信、通訊、電子等）C．數理（包括數學、物理、地球與空間科學等）D．生命科學（包括生物、農學、藥學、醫學、健康、衛生、食品等）E．能源化工（包括能源、材料、石油、化學、化工、生態、環保等）作品設計、發明的目的和基本思路，創新點，技術關鍵和主要技術指標作品設計的目的在新時代下,危險液體對人的危害日益增大，危險液體的安全也至關重要，對于近距離、無源測量的要求越來越高。比如對大型變壓器中液壓油液位的測量、易燃易爆液體液位的測量。無源液位傳感測量就避免了液體與明火接觸的機會，減少了意外情況的發生。對此,我們想出了利用光纖進行無源測量。所謂光纖無源測量系統是指綜合使用各項高新技術,實現檢測智能化、人性化的集成管理系統。它的設計思想在于將危險液體檢測自動化、檢測安全化、危險液體液位實時監測等集中在一個綜合管理系統。基本思路基于STM32技術，結合危險液體監測的需求，提出一種光纖無源液位檢測系統。以STM32為核心，結合溫度、濕度、煙霧和光強等環境監測傳感器，設計基于無線技術的傳感器釆集到的數據匯聚到主模塊中；通過在檢測終端上顯示液位變化情況，以RS232通信模式，實現現場與終端實時檢測控制。創新點結合無線傳感器網絡、智能智能檢測的現狀與發展方向，設計了一套基于己于STM32技術的危險液體智能監測系統，詳細闡述了系統從硬件到控制終端的實現方法，主要完成以下工作：(1)首先研究了危險液體監測的國內外現狀和發展動向，簡單介紹了實現智能環境監測的幾個關鍵技術，如無線傳感器網絡、STM32技術的發展。(2)詳細研究了基于ZigBee技術的無線傳感器網絡，包括基于STM32的無線傳感網絡的主要特點，(3)獨立完成了系統的硬件電路設計、PCB版繪制、元器件安裝，串口通信和LCD驅動的硬件調試工作。(4)開發危險液體監測控制終端。用戶可以實現現場和辦公室實時監測和控制。在全國大中城市，變電站普及數量很多，有待在節能措施實施改進，因此應用前景很廣。技術關鍵本系統主要是基于檢測的智能化而提出的設想，通俗地講是智能檢測系統的智能化，具有實時查看危險液體的液位數據指標。本系統采用C/S設計模式，系統架構分成二個層次即檢測端和控制端，其中檢測端有特殊的無源光纖傳感器直接測量液體的液位。控制端是進行各項功能的控制。在3G無線網絡的覆蓋下，采用Zigbree進行無線通信。系統結構圖如圖1所示：2.1硬件設計主控制器意法半導體公司新推出的STM32F103RBT6處理器作為主控制器，是基于ARM公司最新推出的的Cortex-M3內核的32位的處理器。該處理器具有64引腳，128KFLASH，20KSRAM，2個SPI接口，3個串口，一個USB，1個CAN，51個IO口。芯片的數據處理能力為1.25DMps/MHz，在72MHz的工作時鐘下消耗36mA（所有外設處于工作狀態），待機時下降到2μA，是目前32位處理器市場上功耗最低的產品，加上其具有睡眠、待機、停機等模式優化功能，使其適合在外接電池的環境下使用。相對常用的51系列單片機，它不僅在價格上與其相當，在數據處理能力上卻達到接近DSP的能力并能順暢地運行μC/OS-II的操作系統，具有較好的發展前景。無線收發模塊NRF24L01+采用IEEE802.15.4標準，使用2.4GHz公共頻率，是目前在短距離無線傳輸中性價較高的產品，具有成本低，低耗電，網絡結點多等特點，被視為替代有線監控和網絡控制最有效的技術。目前最常用的NRF24L01+是在NRF24L01加強型，兩者在引腳上完全一樣，在使用PCB制板天線NRF24L01+通信距離一般可達到100m，在使用加長天線后通信距離還可有較大提升。NRF24L01+的SCK、MOSI、MISO與STM32處理器使用SPI口通信協議，主控模塊B配置為發送模式，當B感應到有人通過時，把接收結點地址和發送的數據（數據內容規定為1）寫入緩沖區，CE置為高電平并保持至少10μs，延遲130μs后發射數據后立即進入接收模式，接收應答信號。當主控模塊B配置為接收模式時，當接收方檢測到有效的地址時，就將接收到數據（1）存儲在接收緩存中，同時中斷標志位RX_DR置高，IRQ變低，接收方則同時進入發射狀態回傳應答信號。實際上，在圖3中為主控模塊B的連接，A和B模塊基本相同，區別在于主控模塊A中IRQ引腳連接的是PA13，這樣設置在于IRQ拉低時，STM32會產生外部中斷。圖2主控制器電路2.2軟件設計軟件設計是在MDK環境下直接對寄存器編程。在軟件主控制模塊使用外部中斷下降延觸發方式，當數據采集模塊接收到數據進行數模轉換，STM32的ADC1口檢測到下降延觸發外部中斷，STM32處理器轉而處理中斷程序，先對buff中數據檢測是否進行處理，如果為1，則把采集得到的數據按照預先規定的方法處理，得到自己理想的數據，實時監測也為變化。2.3監控模塊控制終端的顯示及報警裝置和危險預處理裝置顯示，實時監測控制危險液體的運送和儲存。本系統基于STM32和無線技術，從硬件設計到軟件開發兩方面進行了危險液體監測系統的設計，系統硬件具有成本低、體積小、功耗低和安裝方便等優點；在串口助手上顯示如下正常情況下報警裝置顯示超過預置情況下的顯示3工作原理及性能分析首先在深入分析STM32基礎上，結合危險液體監測的需求，提出一種基于STM32和軟件技術的危險液體智能監測的系統設計方案。然后以STM32F103RBT6為核心，結合溫度、濕度、煙霧和光強等環境監測傳感器，設計了基于無線技術的傳感器釆集到的數據匯聚到主模塊中，進行裝置的各項控制。本系統基于STM32和可視化軟件技術，從硬件設計到軟件開發兩方面進行了危險液體監測系統的設計，系統硬件具有成本低、體積小、功耗低和安裝方便等優點；實現對危險液體的實時監測和控制。需要經過實驗、運行、測試，來證明本系統能夠進行危險液體監測和遠程控制，具有良好的穩定性和可靠性。本技術可以推廣應用到軍事、工業、農業等多個領域，具有一定的實用價值和應用前景。主要技術指標1、詳細的技術參數及指標的參照產品的設計說明書和圖樣。2、經過對樣品的調試和仿真模擬，在液位低于設定值，等于設定值、高于設定值等都做出了相應的提示和告警。3、主控的硬件及相應的程序編寫參照STM32數據手冊和固件庫說明。作品的科學性先進性（必須說明與現有技術相比、該作品是否具有突出的實質性技術特點和顯著進步。請提供技術性分析說明和參考文獻資料）伴隨著3G網絡的全面覆蓋，傳輸率的全面提升，使用移動終端設備進行遠程監控已經成為監控領域的新熱點。人們無處不在使用3G網絡，3G網絡跟人們的生活已經緊密的聯系在了一起。本作品相比現有的監測技術作品，體積小巧，數據交換以無線通信的形式實現，系統的安裝和操作簡單，無需另外走線。采用低功耗微控制器STM32作為各節點的控制器，系統功耗低，符合環保節能的設計理念。成功的實現了基于NRF24L01無線傳感網絡的家居環境監測，其顯著優點是功耗低，成本低，可靠性高。而且還可以進行其他功能的拓展，比如：可以對輻射的實時監測，對空氣質量的監測等；很適合家庭和工業上的使用。只需要加入合適的節點，并避免出現數據采集出現紊亂。本系統主要是基于危險液體檢測的智能化而提出的設想，具有實時查看危險液體檢測溫度、濕度等各項數據指標。在硬件設計方面采用的主控芯片為意法半導體公司新推出的STM32F103RBT6處理器作為主控制器，無線收發模塊采用NRF24L01+，它采用IEEE802.15.4標準，使用2.4GHz公共頻率，是目前在短距離無線傳輸中性價較高的產品。STM32與NRF24L01相結合組裝成實時監測模塊。進行檢測。參考文獻:1、原子教你玩STM32作者：劉軍張洋北京航空航天大學出版社2、嵌入式系統設計基礎教程高等教育出版社3、嵌入式實時操作系統Uc/COS經典實例基于STM32處理器作品在何時、何地、何種機構舉行的評審、鑒定、評比、展示等活動中獲獎及鑒定結果作品所處階段（A）A實驗室階段B中試階段C生產階段D（自填）技術轉讓方式作品可展示的形式□實物、產品□模型□圖紙□磁盤□現場演示√□圖片√□錄像□樣品√使用說明及該作品的技術特點和優勢，提供該作品的適應范圍及推廣前景的技術性說明及市場分析和經濟效益預測首先在深入分析STM32的基礎上，結合危險液體監測的需求，提出了一種基于STM32術的危險液體智能監測的系統設計方案。然后以STM32F103RBT6為核心，結合溫度、濕度、煙霧和光強等環境監測傳感器，設計了基于無線技術的傳感器釆集到的數據匯聚到主模塊中。本系統基于STM32和可視化技術，從硬件設計到軟件開發兩方面進行了家庭環境監測系統的設計，系統硬件具有成本低、體積小、功耗低和安裝方便等優點；開發了應用客戶端能，實現對家庭環境的實時監測和控制。本作品適用于危險液體的監測。成功的實現了基于無線傳感網絡的危險液體監測，其顯著優點是功耗低，可靠性高，體積小巧，安裝方便。市場對此類作品需求較大。環境監測作為危險液體智能化系統的一個重要子模塊將擁有良好的市場前景。在進一步進行產品研發，可充分拓展市場空間和提高市場份額，將獲得更好的經濟效益。可以推廣應用到軍事、工業、農業等多個領域，具有一定的實用價值和應用前景。專利申報情況□提出專利申報申報號申報日期年月日□已獲專利權批準批準號