1.概述

1.1文檔說明

本設計文檔作為“基于AVR32及Labview的3D環境監測及評估系統”的計劃書，為項目開展的依據。也作為項目的說明。

1.2項目背景

本項目希望以AVR微控制器作為基礎，配合Atmel公司所公開Zigbee協議棧，對現有的綠地進行全方位的數據采集工作，摒棄原先陳舊且缺乏合理性的綠化覆蓋面積標準，而是采用3維立體坐標的方式，測量出每一小塊區域各環境參數值的具體數值，繪出3D圖像，以立體的環境改善狀況作為分析綠地使用價值的有效指標，并通過測試所得的數據，指導根據不同區域的環境特征建立最為合適并具積極效果的綠化設施。

本項目也將能夠實現對于各項復雜的環境數據的統一數據采集工作，例如對溫濕度、可吸入顆粒物、臭氧含量等指標的實時測量，最終建立三維坐標模型，立體反應綠地內各類環境指標，再與植物模型相互結合，建立三維綠化效率模型，達到合理有效監測城市綠地中不同植物對于改善人類居住條件的具體作用，實現城市綠地建設效率的最優化。

從上面兩幅圖片可以看出，同樣的一片綠地，由于各處種植的植物不用，其氧氣含量也可能有著巨大的區別，因此盲目追求綠地面積是不合理的，只有從三維的視野來看待綠地的效益，才是有效綠地評估方法。

1.3項目整體計劃

1.熟悉AVR以及Zigbee無線傳感網絡的應用環境與編程語言 。

2.對于課題進行進一步探討，分析總結出完成課題目標所需要采集以及推算得出的相關數據 。

3.在明確目的以及大致方式的基礎上進一步規劃系統結構，由理論上得出詳細可行的系統框圖。

4.首先進行Zigbee無線傳感網絡的程序攻關，即設計出理論上具備數據采集能力的無線傳感網絡程序，通過計算得出合理的傳感分布點。

5.配合Zigbee的研發進而開始AVR處理器的程序研發，作為匯總Zigbee數據的終端，完善AVR處理器的作用 。

6.實際應用，完成通過Zigbee無線傳感器網絡接收的數據由AVR微處理器匯總顯示的功能，并以此為基礎進行系統調制 。

7.進一步完善微處理器的數據處理功能，使其具備以數據為基礎進行繪圖、分析的高階能力 。

1.4項目特色說明

過去，一個城市的環保水平常常都會以這樣一個指標——“綠化覆蓋率”來衡量，于是，我們見到了身邊迅速崛起的綠地公園、人造湖泊，然而，是否這樣簡單的堆砌“綠色”就是真正的環保健康呢？答案顯然是否定的。眾所周知，大量種植綠色植物的初衷在于通過綠色植物的光和效應吸收空氣中的二氧化碳以凈化空氣質量，然而隨之而來的問題就是——是否所有的綠色植物都具有相同的環保功能呢？顯然并非如此。因此，與其盲目地建造綠地，不如合理、有效地針對不同區域的環境情況有目的性地搭配植物種類，因此如何對綠化環境中不同區域的環境參數進行感知與數據采集就顯得尤為重要，這就是本項目的立題背景。

1.5項目創新點

該項目最大的創新之處在與顛覆了人們長期以往對于綠地建設效率的陳舊認識，即“唯覆蓋率”論，錯誤、盲目地建造綠地，單純地以高覆蓋率為目標，如今憑借該項目，我們希望將原先二維的數據分布圖轉換成三維結構的立題數據，即將不同區域的環境特性考慮在內，并且針對不同的綠化種類綜合評價其綠化效果，其中也將包括對空氣質量、可吸入顆粒物等多種數據的采集與評價工作。簡而言之，即將“綠化覆蓋率”這一指標轉化成“單位面積環境改善率”，立體地對各項環境指標作出檢測。

該項目的另一大創新點在于利用無線網絡感知技術完成對一定范圍內數據的收集采樣工作。不同于傳統的通過人工觀察的數據收集工作，本項目旨在通過以Zigbee與AVR為基礎的無線傳感網絡來實現對于綠地的環境數據監測工作，通過在區域內合理放置的監測節點，配合相關的節點互聯程序，對環境狀況實施實施監控，完整地統計出一段時間內詳實、全面的監測數據。通過此類手段進行環保方面的探索與創新，在該領域實屬首次。

2.工具

2.1AVR32

AVR32 UC3閃存微控制器擁有內置的DSP指令集，并使用三級管線型Harvard架構。該架構經專門設計，可優化從片上閃存的取指過程。該微控制是業內首個將單周期讀/寫SRAM 與一個直接的CPU接口集成在一起的內核，該接口跳過系統總線，以獲得更快的執行速度、周期決斷和更低的功耗。

UC3系列微控制器具有 高達512KB閃存和64KB片上RAM，能夠以業界最佳的性能/功耗比提供80 Dhrystone MIPS （DMIPS） 的處理性能。例如，新的AVR32 UC3B器件能夠以 60MHz 的速率提供 72 Dhrystone MIPS （DMIPS） 的性能，包括真正的單周期MAC和DSP算法，且在電壓 3.3V下， 電流只有40 mA。UC3B系列MCU的功耗僅低至 1mW/DMIPS，較具有相同功能的其它架構低3倍。使用3.3V單電源時，待機電流僅為30uA；使用雙電源時 （1.8V/3.3V），待機電流低于15uA。

可用的外設包括以太網 MAC、全速 USB 器件和On-the-Go（OTG），以及一個外設DMA 控制器、多層高速總線架構、10位ADC、SPI、SSC、雙線接口 （I2C兼容）、UART、通用定時器、脈寬調制器（PWM），以及一整套監控功能。

2.2Labview

LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering Workbench）是一種圖形化的編程語言的開發環境，它廣泛地被工業界、學術界和研究實驗室所接受，視為一個標準的數據采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足GPIB、VXI、RS-232和RS-485協議的硬件及數據采集卡通訊的全部功能。它還內置了便于應用TCP/IP、ActiveX等軟件標準的庫函數。這是一個功能強大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動有趣。

圖形化的程序語言，又稱為“Ｇ”語言。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術人員、科學家、工程師所熟悉的術語、圖標和概念，因此，LabVIEW是一個面向最終用戶的工具。它可以增強你構建自己的科學和工程系統的能力，提供了實現儀器編程和數據采集系統的便捷途徑。使用它進行原理研究、設計、測試并實現儀器系統時，可以大大提高工作效率。

3.系統及軟件框圖

來源：EEFOCUS