基于无线传感网络的环境监测系统

基于无线传感网的环境监测系统设计与实施引言：随着现代科技的发展，环境监测系统在各个领域中起到了重要的作用。

传统的环境监测方法有诸多限制，如高成本、复杂设备运维和数据收集等问题。

然而，基于无线传感网的环境监测系统可以克服这些问题，并为我们提供更精准、高效的环境数据。

一、系统总体设计基于无线传感网的环境监测系统由传感器网络、数据采集节点、数据传输和云平台等组成。

首先，设置合适的传感器节点分布，并设计稳定的网络拓扑结构。

其次，选择合适的传感器设备和数据采集节点，以满足环境监测的需求。

最后，建立数据传输通道，将采集到的环境数据传输到云平台进行存储和分析。

二、传感器节点的选择与布局在设计环境监测系统时，需要选择适合的传感器设备。

根据不同的环境监测需求，可以选择温度传感器、湿度传感器、气体传感器等。

同时，在传感器节点的布局上，应考虑到环境的复杂性和范围。

通过合理的布局，能够充分覆盖监测区域，提高数据采集的准确性和全面性。

三、数据采集与传输数据采集节点是系统中非常关键的部分，负责采集传感器节点上的数据。

在设计数据采集节点时，需要考虑数据采集的频率和精确度。

可以通过设定合适的采样间隔和数据压缩算法，实现对环境数据的高效采集和传输。

传感器节点采集到的数据可以通过有线或无线方式传输给数据处理中心。

四、数据处理与分析在数据处理环节，需要对采集到的环境数据进行预处理和清洗。

对于大量的数据，可以采用数据压缩和降噪技术，减少数据传输的开销。

而后，利用机器学习和数据挖掘等技术，对环境数据进行分析和建模。

通过对环境数据的分析，可以提取出有价值的信息，为环境监测和控制提供支持。

五、云平台的搭建与应用云平台承担着存储、管理和分析大量环境数据的功能。

在搭建云平台时，需要考虑到数据的安全性和稳定性。

可以利用云计算技术，设计分布式数据库和并行计算模型，实现对环境数据的快速存储和处理。

同时，为用户提供友好的界面和数据可视化工具，方便用户查看和分析环境数据。

无线传感器网络在环境监测系统中的应用【摘要】本文介绍了在环境监测系统中应用无线传感器网络技术的几点优势，分析了基于无线传感器网络技术的环境监测系统的体系结构，给出了三个典型应用领域中该系统的创新性构建方案，并对该类系统中的几种关键技术进行了研究，最后对无线传感器网络技术的应用前景进行了展望。

【关键词】无线传感器网络 zigbee ieee 802.15.4 能源管理数据融合近年来，随着无线传感器网络技术的迅猛发展，以及人们对于环境保护和环境监督提出的更高要求，越来越多的企业和机构都致力于在环境监测系统中应用无线传感器网络技术的研究。

通过在监测区域内布署大量的廉价微型传感器节点，经由无线通信方式形成一个多跳的网络系统，从而实现网络覆盖区域内感知对象的信息的采集量化、处理融合和传输应用。

无线传感器网络技术是应用性非常强的技术，它在当前我国环境监测系统中的应用潜力是巨大的。

一、无线传感器网络和zigbee无线传感器网络（wireless sensor network，wsn）是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器结点通过无线通信技术自组织构成的网络系统。

人们可以通过传感器网络直接感知客观世界，在工业自动化领域，利用无线传感器网络技术实现远程检测、控制，从而极大地扩展现有网络的功能。

传感器网络、塑料电子学和仿生人体器官又被称为全球未来的三大高科技产业。

zigbee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术。

二、ieee 802.15.4/zigbee协议1、ieee 802.15.4标准ieee标准化协会针对无线传感器网络需要低功耗短距离的无线通信技术为低速无线个人区域网络（lr—wpan）制定了ieee 802.15.4标准。

该标准把低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标，旨在为个人或者家庭范围内不同设备之间低速互连提供统一标准。

同时zigbee联盟也开始推出与之相配套的网络层及应用层的协议，目的是为了给传感器网络和控制系统推出一个标准的解决方案。

基于 Ｃ ２ ３ －ｉＢ ｅ的无线传感器 Ｃ ５ ０Ｚｇ ｅ 网络的工业环境监测系统
苏州科技学院 张靓 ，郝万君 ，王鑫 ，徐 伟
半导 体 电子行 业主 要面 向精 密微 范 围是 一 ０ ～＋１ ５ ，采 集 精 度 可 相 连并 布置在 监测 区 ，负责以特 定 的 ４℃ ２℃
．℃ 数 电子 、集成 芯片 、光 电元 器件等 产 品 达 ±０ ５ 。 其 采 用 ＳＰＩ 据 接 口与 时 间 间 隔 采 集 温 、 湿 度 传 感 器 的 测 量 的 制 造 。 在 产 品 的 生 产 、储 存 及 运 输 ＣＣ ５ ０ ｉ ｂ ｅ 块 进 行 通 信 ，大 大 信 息 并 将 此 信 息 存 储 在 本 地 Ｆ ａｈ 。 ２ ３一Ｚ ｇ ｅ 模 ｌｓ 上
２ 汇 聚 节 点 （ ｉｋ Ｎ ｄ ） Ｓｎ ｏ ｅ 汇 聚 节 点 布 置 在 测 量 区 域 的边
用 以接 收和 存储 传感 器节 点的监 测结 缘 ，负责 接收 和存 储 由各 个传感 器节
Ｚｇ ｅ ｉ Ｂｅ 技术 ，从Ｉ Ｅ ８ ２ １ ． 果 ；基 站节 点连 接汇 聚节 点与监 控 中 点 发送 的温湿 度测量 结果 。 当汇聚节 Ｅ Ｅ ０ ．５４ 基 础上 发展 起来 的 ，是 最新 的一种 近 心 的计 算机 ，负 责传 感器 网络与 信息 点 接收 到数据 传送 的命令后 ，向其上 距离 、低 复 杂度 、低功 耗 、低数据 速 管理计算机之 间的通信 。 率 、低成 本 的双 向无线 通信 技术 ，该
要 及时 了解 监测情 况时 ，传 感器节 点
路 冗 余 复 杂 ，不 适 合 大 范 围 多 数 量 放 ３ 汇 聚 节 点 以 及 １ 基 站 节 点 ，如 图 也 具 备 以 独 立 数 据 包 的 形 式 向 接 收 设 个 个

２ 环境监测系统的目的与特点
环境监测系统的目的是为了实时掌控周边环境的情况， 并为环境控制提供数据基础，环境监测系统的目的可以概括 为以下几点：（1）判断环境质量，根据环境检测的相关标准 判断环境中的污染物是否达标；（2）污染物分布仿真，对 环境中的污染物进行实时采集，分析污染物分布情况，从而 寻找污染物源头，为污染控制提供依据；（3）环境数据统计， 对环境中的数据进行实时记录，为环境法规的制定提供基础； （4）为环保措施的制定提供数据基础，保证相关措施符合
４ 无线环境监测系统硬件设计
基于 WSN 的环境监测系统的硬件主要包括两类，一种 是可以实现全功能的设备，这类设备具备较大储存空间，这 些空间可以用来储存各类路由信息，且信号处理能力较强； 另一种是简化功能的设备，这类设备性能一般，但功率消耗
基金项目：贵州省科技厅联合基金项目（项目编号：LH 字 [2014]7476）。 作者简介：赵丽芬（1986-），女，河南濮阳人，硕士，讲师。研究方向：传感器网络技术。
１ 无线传感器网络分析
无线传感器网络实质上属于物联网技术的重要分支，其 由大量传感器节点组成，最终形成大规模、自组织的网络， 是分布式信息技术、无线通信技术、传感器技术的完美结合。 WSN 通过传感器节点监控环境中的各种数据，传感器节点采 集数据后传输给嵌入式系统，之后由嵌入式系统将信息传输 给汇聚节点，最后由汇聚节点通过互联网传输给信号终端。 WSN 一般包括了四个模块，即传感器模块、处理器模块、无 线通信模块以及电池组模块。传感器负责采集数据，并将信 号转化为数字信号，处理器负责信号处理与调度，无线通信 模块负责信号传输，电池组模块负责为系统提供电能，并控 制电能稳定输出。
６ 结 语
基于 WSN 的环境监测系统可以有效克服传统有限传感 器网络的缺陷，高效实时监测环境中的各项指标。环境监测 作为环境控制的首道环节，为环境治理提供了参考依据。传 统的环境监测系统包括了集中式监控、集散式监控以及总线 监控等，但这些环境监控系统均存在较大缺陷，有线环境监 控系统可靠性较高，但难以克服地域限制，且系统重用性较 差，系统构建成本较高。基于 WSN 的环境监测系统具备建 设周期短、成本低、维护方便等特点。本文阐述了 WSN 的 构架与特点，并基于 WSN 构建了新型环境监测系统，希望 本文的研究有利于环境监测系统的快速发展。

《基于无线传感网的环境监测系统的研究与实现》篇一一、引言随着科技的进步与环保意识的增强，环境监测已经成为保护环境与自然资源的重要手段。

基于无线传感网络（Wireless Sensor Network, WSN）的环境监测系统能够有效地解决复杂环境下信息获取和传输的问题。

本文将对基于无线传感网的环境监测系统的研究与实现进行详细的探讨，并针对具体的技术难点进行剖析和解决方法的分析。

二、系统架构及技术难点2.1 系统架构基于无线传感网的环境监测系统主要由传感器节点、网关节点、数据中心等部分组成。

传感器节点负责环境信息的采集和传输，网关节点负责数据的汇聚和传输至数据中心，数据中心负责数据的处理、存储和分析等任务。

2.2 技术难点（1）数据采集：如何在复杂的自然环境中获取准确的实时数据是一个重要问题。

此外，还需要考虑数据传输的可靠性和稳定性。

（2）能源效率：无线传感器网络通常使用电池供电，因此，如何在长时间内保证网络的正常运转是另一个重要的问题。

（3）网络安全：在传输敏感的监测数据时，如何确保数据的完整性和保密性也是不容忽视的问题。

三、研究与实现3.1 传感器节点的设计与实现传感器节点是环境监测系统的关键部分，负责数据的采集和传输。

设计时需要考虑到传感器节点的尺寸、功耗、成本等因素。

此外，还需要根据具体的监测环境选择合适的传感器类型和参数。

在实现过程中，需要使用微处理器和无线通信模块等硬件设备，以及相应的软件算法进行数据处理和传输。

3.2 网关节点的设计与实现网关节点是连接传感器节点和数据中心的关键部分，负责数据的汇聚和传输。

在设计和实现过程中，需要考虑到数据的处理能力、存储能力和传输速度等因素。

此外，还需要考虑如何对数据进行加密和验证，以确保数据的安全性和完整性。

3.3 数据中心的设计与实现数据中心是环境监测系统的核心部分，负责数据的处理、存储和分析等任务。

在设计和实现过程中，需要考虑到数据存储的容量、处理速度和安全性等因素。

无线传感 网的井 下环 境 监 测系统 方案 和设计 ， 细描述 了系统 架构 、 详 无线节点 和 网关硬件 和软件 设计、 上位 机信 息分析 和处理 等 特别对 系 统中的关键 技 术 ， 如节点电量管理 、 组织路 由实现 、 自 网关与上位机 通信 协议等 进行 了阐述 。
。
关键词 ： 无线传感 网； 环境 监 测： ｉｙ Ｓ Ｚｇ ｅ ＴｎＯ ； ｉＢｅ
．
，
ａ ｄ ｈ ｎ ｒ ｓ ｎ ｓ ｓ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔ ａ ｙ ｔ ｍ
Ｉ ｅ ｃ ｉ ｅ ｔ ｅ ｓ ｓ ｅ ｒ ｈｉ ｅ ｔ ｒ ， ｈ ｒ ｗ ｒ ｔｄ ｓｒｂ ｓ ｈ ｙｔ ｍ ａ ｃ ｔ ｃｕ ｅ ａ ｄａｅ
．
ａ ｄ ｏ ｔ ａ ｅ ｅ ｉ ｎ ｆ ｈ Ｗ Ｎ ｏ ｅ ａ ｄ ａ ｅ ａ ， ａ ｗ ｌ ａ ｔ ｅ ａ ａ ｐ ｏ ｅ ｓ ｎ ｉ ｈ ｓ ｃ ｍ ｕ ｅ ｎ ｓ ｆ ｗ ｒ ｄ ｓ ｇ ｏ ｔ ｅ Ｓ ｎ ｄ ｓ ｎ ｇ ｔ ｗ ｙ ｓ ｅ ｌ ｓ ｈ ｄ ｔ ｒ ｃ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｔ ｏ ｐ ｔ ｒ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｅ １ ｋ ｎ ｄ ｐ ｗ ｒ ａ ａ ｅ ｅ ｔ ｔ ｅ ｍ １ ｍｅ ｔ ｔ ｏ ｏ ｓ ｌ － ｒ ａ ｚ ｄ ｏ ｔ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｉ ｓ ｉ ｅ ｏ ｅ ｏ ｅ ｍ ｎ ｇ ｍ ｎ ， ｈ ｉ ｐ ｅ ｎ ａ ｉ ｎ ｆ ｅ ｆ ｏ ｇ ｎｉ ｅ ｒ ｕ ｉ ｇ
Ａ ｎ ｅ ｉ ｏｎｍ ｅ ｏ ｔ ｉ ｎｇ ｓ ｔ ｍ ｓ ｄ ｎ Ｓ ｏ ｏａ ｉ ｎｖ ｒ ｎｔ ｍ ｎｉｏｒ ｙｓ ｅ ｂａ ｅ ｏ Ｗ Ｎ ｆ ｒ ｃ ｌｍ ｎｅ
Ｄ ｉＬ ｓ ｎＡ ｃｔ ｌＬ ｃ ｎ ｈ ｎ ｈ ｉ Ｂ ｌ， ｈ ｎ ｈ ｉ２ １０） ａ ｉｅ （ｌａ ｅ— ｕ ｅ ｔ Ｓ ａ ｇ ａ ｅ ｌ Ｓ ａ ｇ ａ ０ ２６

基于无线传感网络的环境监测系统摘要：无线传感器网络是目前环境监测领域研究的热点技术。

结合ZigBee和无线传感网络设计了集多种功能于一体的完整环境监测系统。

在本系统中，节点选用CC2530芯片作为zigbee通信模块，网关采用GPRS作为系统与3G网络的通信模式。

系统实现了采集温度、湿度、光线亮度等环境信息，并进行了相应处理，设计了网关数据处理软件算法。

系统具体的工作方式为：传感器节点对室内的环境信息进行采集并将数据以ZigBee无线自组网方式发送到无线传感网络的控制中心网关，网关负责将传感器数据处理后上传到云服务器；用户能够通过手机APP和网页查看，对于重要的警告信息网关会发短信到用户的手机，而服务器端会发邮件或微博提醒用户。

经过测试和使用，本系统运行可靠，能准确获取环境数据，网关和服务器端数据能够实时更新，环境参数能实现自动调节与校准。

关键词：环境监测；无线传感网络；ZigBee；GPRS1 相关工作本文研究目的是利用ZigBee 技术结合 WSN 设计安全高效的、个性化的环境监测系统。

许多本领域学者已经利用WSN设计了一些环境监测系统，代表性的成果有：雷旭等利用无线传感器网络设计了隧道环境信息监测系统。

系统以STM32 微控制器为核心设计了低功耗网络节点与网络汇聚节点设计了B/S 模式访问的监控中心软件；梅海彬等提出了一种基于Arduino开放平台与XBee Pro增强通信距离的无线传感器网络，对近海环境进行了实时监测；另外，针对农田土壤参数（诸如温湿度等）的精确采集系统设计上，很多学者研究了土壤WSN 精确化应用系统与实现的关键技术。

诸如此类，这些都是典型的WSN环境监测系统与关键技术研究的文献成果。

概括这些目前WSN环境监测领域文献共性特点，大多是针对农业、海洋等某一领域设计的应用系统，缺乏共性通用的系统平台设计思想；另外由于缺乏目前云计算、Android等最先进的新技术植入，缺乏先进与人性化设计理念。

基于无线传感网络的环境监测与控制系统随着物联网技术的不断发展和普及，基于无线传感网络的环境监测与控制系统在各个领域得到了广泛应用，为我们的生活带来了诸多便利。

本文将探讨这种系统的原理、功能及其在不同领域的应用。

无线传感网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由许多分布在区域内的自主节点（sensor node）组成的网络。

每个节点都具有具体的任务、处理能力和通信功能。

节点可以通过无线通信与其他节点交换信息，从而实现环境数据的实时监测与控制。

无线传感网络的核心技术包括传感器、通信和数据处理。

环境监测是无线传感网络的主要任务之一。

无线传感节点可以携带各类传感器，如温度传感器、湿度传感器、光照传感器等，监测环境参数的变化。

节点收集到的实时数据通过无线通信传输到数据处理中心，进行数据分析和处理。

通过无线传感网络，我们可以实时监测各个环境参数的变化情况，为环境的科学管理提供数据支持。

环境控制是基于无线传感网络的另一个重要功能。

传感节点不仅可以感知环境的变化，还可根据特定的控制算法执行相应的控制动作。

例如，在温室环境监测与控制系统中，通过感知温度和湿度等数据，系统可以根据预设的参数自动开启或关闭灌溉设备、加热设备等，从而实现对温室内环境的自动控制。

基于无线传感网络的环境监测与控制系统在各个领域有着广泛的应用。

以下是几个典型的应用场景：1. 农业领域：农业环境监测与控制是无线传感网络的主要应用之一。

通过在农田中部署大量的传感节点，可以监测土壤湿度、温度、光照等环境参数，从而实现对农田进行精细化管理。

通过控制系统，可以实现对灌溉设备、施肥设备的自动控制，提高农田的产量和质量。

2. 城市环境监测：城市中的空气质量、噪音污染等问题日益突出，基于无线传感网络的环境监测系统可以实时监测和分析环境质量数据，并通过控制系统实现对污染源的控制。

通过这种方式，可以为城市的环境保护和改善提供有效手段。

3. 智能家居：基于无线传感网络的环境监测与控制系统在智能家居中得到广泛应用。

严 重制 约 了全 球 经济 的发 展 和人 类 的健 康 。每 年 因环 境 问题 造 成全 球 的 经济 损 失达 数千 亿 美元 ，酸 雨造 成 了大
量 植 物 的 坏 死 、 污 水 的 排 放 造 成 了 人 员 伤 亡 及 海 水 负 营
配 合使 用 。 数 据 异 常 时 的实 时跟 踪 发送 、数 据 稳 定 时
文 章 编 号 ： ０ ９ ２ ７ （ ０ １ １ — ０ ５ ０ １０ — ３ ４ ２ １ ） ３ ０ ６ — ２
随着 社会 经 济 的 飞速 发展 ，环境 问题 也 日益 突 出 ，
成 为 当今 社会 的 主要 问题 之 一 。当 今环 境 污染 问题 已经
传 输 通 信 。因 为 实 际 环 境 复 杂 ， 多数 情 况 时 比较 恶 劣 的 ，要 保 证 稳定 可靠 地 无线 收 发数 据 ，需 要对 天 线 、发 射 功 率 、灵 敏度 、收发 距 离设 计 。多 种数 据 发送 模式 的
功耗 。可 以从两 方面 解 决 ：一 是选 用 超低 功 耗 的器件 ；
二 是 实 现 多 种 工 作 状 态 ， 如 发 射 状 态 、 接 收 状 态 、采 集
数 据状 态 、睡 眠状态 等 。 同时 ，环 境 中 的监 测事 件具 有 很 强 的偶 发 性 ，节 点上 所 有 的工 作单 元没 有 必要 时刻 保 持 在正 常的工作状态 。节 点的主要功耗器 件如处理 器、传 感器 、无线 收发器大 部分 时问都工作在休 眠状态 ，必要 时 才 唤醒 ，实现最大 限度 的节 能。系统低 功耗设计 。休眠技
感器 节 点的数 据 。
（ 基 于 ＶＣ的 上 位机 实 时监 控软 件 的设 计 与开 发 五）

无线传感网络在环境监测中的实际操作案例无线传感网络（Wireless Sensor Networks，简称WSN）是由大量分布式传感器节点组成的网络系统，通过传感器节点之间的通信和协同工作，实现对环境中各种参数的实时监测和数据采集。

WSN在环境监测领域具有广泛的应用，不仅能够提供实时监测数据，还能够帮助我们更好地了解环境变化情况，为环境保护和资源管理提供重要依据。

在环境监测领域，WSN的实际操作案例有很多。

以下以火山活动监测和空气质量监测为例，介绍WSN在这两个领域中的应用案例。

1. 火山活动监测案例火山活动监测是预测火山爆发、监测火山气体等参数的变化，以提醒当地居民并为相关决策机构提供依据。

采用WSN 进行火山活动监测可以提高监测的精确度和实时性。

WSN传感器节点可以被布置在火山周围，以多个节点形成一个网络系统，实时监测火山中的地震、温度、压力等参数变化。

当地震频率和幅度超过预设阈值时，节点之间将通过无线通信相互传递信息，并向数据中心发送警报，以便及时采取措施。

此外，WSN还可以用于监测火山喷发过程中的气体排放。

传感器节点可以安装在火山口附近，测量二氧化硫、一氧化碳等气体的浓度。

节点之间通过无线传输将监测数据传送至数据中心，并生成气体浓度图像，帮助科学家和当地政府全面了解火山活动情况。

2. 空气质量监测案例空气质量监测对于城市环境管理和公众健康至关重要。

传统的空气质量监测方法需要建立固定的监测站点，成本较高且覆盖范围有限。

而WSN通过灵活的部署方式可以实现对大范围内空气质量的实时监测。

在城市中布置大量的传感器节点，测量空气中的环境参数如PM2.5、PM10、CO2、CO等。

这些传感器节点通过无线通信将收集的数据传输至数据中心。

数据中心根据收集到的数据生成空气质量地图，并实施分析和预测模型，为政府和公众提供空气质量状况的准确信息。

此外，WSN还可以结合移动节点，实现对特定区域的移动空气质量监测。

第 ６期
刘 永华 等 ： 基 于 无 线传 感 器 网络 的温 室 环 境 监 测 系 统 的研 究
２ ． ２ 处 理器 模块
处 理器 是整 个传 感器 网络节 点 的核 心 ．负责 处理
３ 传 感 器节 点 软件 设 计
传感器 节 点定 时采 集 和感知 监测 对 象 的数据 ．并 根 据相 应 的路 由协议 将 数据 发送 到 汇聚 节点 ．软 件 工
定 时 唤醒
数 、 据 发 送 妻 完 毕 ＇ 二 ＝ ＝ ＝ ＝ ： —
．１ —

一 一
ｌ Ｙ
关闭 电源进 入 休眠 模 式
发 送／ 接收 Ｆ Ｉ Ｆ Ｏ ｔ ￣ 。模 块上 预 留的 Ｉ Ｐ Ｘ接 口 ，使 用 中通
过Ｉ Ｐ Ｘ母 头转 Ｓ ＭＡ母 头 （ 外 螺纹 、 内针１转 接线 连 接
式 迅 速唤 醒 ．在 少于 ６ ｕ ｓ 的时 间 内达 到激 活 方式 其 内部 配置两 个 １ ６位 定 时器 、一个 高速 １ ２位 Ｄ转 换 器 和 两个 通 用 串 行 同 步／ 异步通信接 口 ｒ Ｕ Ｓ Ａ Ｒ Ｔ ） ．具 有４ ８个 Ｉ ／ ０引脚 ［ ２ 】
２ ． ３ 无线 通信模 块 硬件 设计
大 丢 包 率 增 加 ．本 系 统 在 ４ ０ ｍ 的范 围 内丢 包 率 低 ， 能达到 设计 使用 要求 。
图 ５ 无 线通 信 模 块 原 理 图
Ｆ ｉ ｇ ． ５ Ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｍｍｕ ｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍｏ ｄ ｕ ｌ ｅ ｓ ｃ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｓ
作正 常 ．能顺利 通信 ．达 到设计 控 制 目标 。 经 过该 无 线 传感 器 网络在 育 苗 温 室 的实 地 运 行 ，

无线互联科技Wireless Internet Technology 第13期2019年7月No. 13July, 2019基TZigBee 无线传感器网络的环境质量监测系统设计马爱霞，徐音（郑州工商学院工学院，河南郑州 450014）摘 要：以CC2530模块为核心构建无线传感网络，将采集的粉尘、温湿度、光照等环境数据传输至远程监测中心，通过上位 机软件读取与储存环境数据，实现环境参数远程监测。

文章根据系统的方案，设计其硬件电路功能，并设计了终端传感器节 点、中间协调器节点以及监控中心的软件流程。

关键词：温湿度；光照；ZigBee ；无线传感网络随着人们生活水平的日益提高及科技技术的进步，环境 问题越来越受到重视，人们日常关注空气质量如同每天关注 天气预报一样频繁。

传统的环境监测技术主要是通采用人 工的方式，使用测量温湿度等指数的仪器检测环境质量参 数，人力、财力得到大量的消耗，并且在一些环境比较恶劣 的区域，使用人工方式很难实时监测，以上弊端都是传统监 测方法存在的。

随着互联网技术和无线传输技术的发展，这 些技术慢慢被投入到环境监测系统中来。

环境检测技术主 要运用的3种技术：传感器技术、通信技术、计算机技术。

传 感器完成检测信息的采集，通信技术完成信息传输,计算机 技术实现数据的处理。

无线传感器网络是由许多微小传感器节点构成的，微小 传感器负责系统数据的采集，各节点之间进行通信。

微小传 感器以多跳无线通信方式构成自组织的网络系统。

因其具有 可靠、灵活、准确等优点，同时，部件造价低廉、部署和维护 简单，近年来普及应用得非常快。

现在在智能家居、环境监 测、智能交通等领域得到了广泛应用。

1系统总体方案的设计本文是基于ZigBee 无线传感器技术的环境数据釆集和 控制系统"。

该系统由监测点、中心控制节点、通用分组无线 服务（General Packet Radio Service, GPRS ）网络和上位机 监控中心组成。

《基于无线传感网的环境监测系统的研究与实现》篇一一、引言随着科技的不断进步，环境监测已成为现代社会的重要课题。

无线传感网络（WSN）技术的快速发展为环境监测提供了新的解决方案。

本文旨在研究并实现一个基于无线传感网的环境监测系统，以提高环境监测的效率和准确性。

二、研究背景及意义环境监测是评估和保护生态环境的重要手段。

传统的环境监测方法多采用有线传输，然而这种方式存在着布线困难、维护成本高、灵活性差等问题。

无线传感网技术的发展为环境监测提供了新的可能性。

通过无线传感网络，可以实现对环境的实时监测、数据传输和远程控制，提高环境监测的效率和准确性。

三、系统设计1. 硬件设计本系统硬件部分主要包括无线传感器节点、网关节点、上位机等。

无线传感器节点负责采集环境数据，如温度、湿度、气压、空气质量等。

网关节点负责数据的汇聚和传输，将传感器节点的数据传输至上位机。

上位机负责数据的处理和存储，以及与用户的交互。

2. 软件设计软件部分主要包括无线传感网络的组网、数据传输、数据处理等。

无线传感网络采用合适的路由算法，保证数据的可靠传输。

数据处理部分对采集的数据进行预处理、分析和存储，以便后续的数据分析和应用。

四、系统实现1. 无线传感网络的组建无线传感网络的组建包括节点的布设、网络的组建和参数设置等。

根据实际需求，选择合适的传感器节点，布置在需要监测的环境中。

通过适当的路由算法，实现节点间的通信和数据传输。

2. 数据采集与传输无线传感器节点负责采集环境数据，通过无线方式将数据传输至网关节点。

网关节点对接收到的数据进行汇聚和初步处理，然后通过有线或无线方式将数据传输至上位机。

3. 数据处理与分析上位机对接收到的数据进行预处理、分析和存储。

通过数据分析，可以得出环境的变化趋势和规律，为环境保护和治理提供依据。

同时，上位机还提供与用户的交互界面，方便用户查看和分析数据。

五、系统测试与性能分析1. 系统测试对系统进行全面的测试，包括硬件性能测试、软件功能测试、数据传输测试等。

无线传感器网络在环境监测中的应用无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN）是一种由许多分布式传感节点组成的网络系统，每个节点都配备有传感器、处理器和通信装置，能够自组织形成一个网络并进行信息的收集、处理和传输。

无线传感器网络在环境监测中具有广泛的应用，可以实时监测环境参数、控制环境污染、预警环境灾害等，对环境保护和资源管理具有重要的意义。

1. 大气环境监测无线传感器网络可以用于对大气环境进行监测，包括空气质量、温度、湿度、风速等参数的监测。

通过布设在城市各处的传感器节点，可以实时监测城市的空气质量状况，并为采取有效的环境保护措施提供数据支持。

2. 水质监测在水质监测领域，无线传感器网络可以通过在河流、湖泊、水库等水域中布设传感器节点，实时监测水质的各项指标，如水质的浊度、PH值、溶解氧含量等，帮助相关部门及时发现和处理水质问题，保障水源的安全。

3. 土壤监测农业生产中，无线传感器网络可以应用于土壤监测领域，通过在农田中布设传感器节点，实时监测土壤的湿度、温度、PH值等参数，为合理施肥、浇水等农业生产活动提供数据支持，提高农作物的产量和质量。

4. 生态环境监测在生态环境保护领域，无线传感器网络可以用于对自然生态环境的监测，包括植被覆盖、动植物分布、生态系统的稳定性等方面，有助于科学评估自然生态环境的状况，为生态保护和恢复提供决策支持。

5. 灾害预警与监测无线传感器网络还可以用于对自然灾害的预警和监测，如地震、山体滑坡、洪涝等灾害。

通过在潜在灾害地区中布设传感器节点，能够实时监测地质变化、水位变化等情况，并及时预警，减少灾害给人们的损失。

1. 高效性无线传感器网络可以实现对环境参数的实时监测，数据的实时传输和处理，提高了环境监测的效率。

传统的环境监测方法需要人工采样、实验室分析等步骤，费时费力，无线传感器网络的应用可以大大简化监测过程，提高监测效率。

2. 网络覆盖广无线传感器网络可以根据监测需要自由布设传感器节点，灵活性强，能够实现对复杂地形、大范围的环境进行全方位的监测，提高了监测的覆盖范围。

ｇ ｅ ｎｈ ｕ ｉｅｅ ｓｓ ｎｓｒｎｅｗｏ ｋ：Ｆ ｃｌｔ ｎ ｉｏ ｍ ｅ ｔ Ｍｏ ｉｏ ｎ ｒｌｓ ｅ ｏ ｔ ｒ ａ ｉｉ ｅ ｖ ｒｎ ｎ ； ｙ ｎｔ ｒ ｇ ｉ
随着温 室大棚技 术 的进 一 步 发展 和 推广 ， 室大 棚 温
可以自动完成处理字头和 Ｃ Ｃ 循环冗余码校验） Ｒ （ 的工
作 ， 由片 内硬 件 自动完 成曼 彻 斯 特编 码 解码 ， 用 Ｓ Ｉ 可 使 Ｐ 接 口与微 控制器 通信 ， 置非 常 方便 ， 功耗 非 常 低 ， 配 其 以
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而且支持睡眠模式、 运行速度尽量快、 成本尽量低以及要 有足够的外部通用 ＩＯ端 口等特点 ， ／ 本系统中采用单片
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《基于无线传感网的环境监测系统的研究与实现》篇一一、引言随着科技的不断进步，环境监测系统已经从传统的有线监测方式转向了无线传感网技术。

无线传感网技术以其灵活性、可扩展性及低成本的特性，在环境监测领域中发挥着越来越重要的作用。

本文旨在探讨基于无线传感网的环境监测系统的研究与实现，分析其关键技术、设计方法及实施效果。

二、无线传感网技术概述无线传感网（Wireless Sensor Network，WSN）是由大量具有感知、计算和通信能力的传感器节点组成的分布式网络系统。

它具有以下特点：低功耗、低成本、灵活的拓扑结构、高容错性以及能够进行大规模的分布式信息采集和处理。

因此，该技术在环境监测、智能家居、军事等多个领域得到了广泛应用。

三、环境监测系统的需求分析环境监测系统主要关注于对环境参数的实时监测和数据分析，包括空气质量、水质、土壤状况等。

因此，系统需要满足以下需求：1. 实时性：能够实时获取环境参数数据，并上传至中心服务器进行分析处理。

2. 准确性：传感器应具有较高的精度和稳定性，以保证数据的准确性。

3. 可靠性：系统应具有较高的可靠性和稳定性，能够适应各种复杂环境。

4. 可扩展性：系统应具有良好的可扩展性，以适应未来可能的扩展需求。

四、系统设计与实现基于上述需求分析，本文设计了一种基于无线传感网的环境监测系统。

该系统主要由传感器节点、网关节点、中心服务器等部分组成。

1. 传感器节点设计传感器节点是整个系统的核心部分，负责采集环境参数数据。

这些节点应具备低功耗、低成本、高精度的特点。

同时，为了实现系统的可扩展性，传感器节点应采用模块化设计，方便后期维护和升级。

2. 网关节点设计网关节点是连接传感器节点和中心服务器的桥梁，负责数据的传输和转发。

这些节点应具备高速的通信能力和良好的数据处理能力，以保证数据的实时性和准确性。

3. 中心服务器设计中心服务器是整个系统的数据中心，负责数据的存储、处理和分析。

应采用高性能的计算机和数据库技术，以支持大量的数据存储和高速的数据处理。

基于无线传感网络的环境监测系统设计无线传感网络是指通过无线通信技术将分布在一定范围内的多个传感器节点互相连结起来，形成一个动态的、自组织的网络系统。

基于无线传感网络的环境监测系统可以实时获取和监测环境数据，为环境保护和资源管理提供重要支持。

本文将就基于无线传感网络的环境监测系统的设计进行详细介绍。

首先，基于无线传感网络的环境监测系统的设计需要确定节点的部署方案。

节点的选择和布置对于系统性能和数据采集的质量至关重要。

节点的选择应根据监测的范围和要求确定。

例如，在大面积的环境监测中，应选用覆盖范围广、信号传输强的节点。

而在细粒度的环境监测中，应选用功能多样、精度高的节点。

节点的布置需要平衡节点之间的距离，以保证网络的连接性和稳定性。

其次，基于无线传感网络的环境监测系统需要确定采集的数据类型和精度。

环境监测系统可能会涉及到多个环境参数的采集，如温度、湿度、光照强度等。

针对不同的环境参数，需要选择合适的传感器来进行数据的采集。

传感器的选择应考虑到传感器的灵敏度、稳定性、功耗以及成本等因素。

而数据的精度则需要根据具体应用场景的需求来确定，有些场景需要高精度的数据，而有些场景则可以忍受一定的误差。

第三，基于无线传感网络的环境监测系统的设计需要考虑数据的传输和处理方式。

数据传输是整个系统中非常重要的环节，直接关系到数据的实时性和稳定性。

在数据传输方面，可以采用无线通信技术，如Wi-Fi、蓝牙或Zigbee等。

传感节点通过这些通信技术，将数据传输到数据收集中心或云平台。

同时，为了保证数据的顺利传输，需要设计合理的路由算法和网络拓扑结构。

另外，为了提高数据的处理效率，可以在采集节点和数据收集中心之间设置数据处理节点，将数据的预处理和压缩任务在节点内部完成，减少无用数据的传输。

第四，基于无线传感网络的环境监测系统的设计需要考虑系统的安全性和能源管理。

环境监测系统中的节点往往分布在无人区域，容易受到各种恶意攻击。

因此，在设计阶段需要考虑安全机制，如数据加密、访问控制、防火墙等，以保证系统的安全性。