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基于ZigBee技术的室内可燃气体监测系统

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4 上位机设计
上位机是整个系统的数据处理中枢，它负责处理协调器结
点收集到的可燃气体浓度数据。上位机与协调器结点的连接
如图 5 所示：
协调器结点
上位机
数据 收发
通信 单元 控制 单元
AD转换 串口 数据收 发
网络数据 移动
收发
通信
数据 处理
串口 数据收 发
图 5 协调器结点与上位机的连接 从图 5 中可以看出，上位机与协调器结点通过串口相连。 协调器结点收集到的室内可燃气体浓度数据可以通过串口源 源不断地发传给上位机。除此之外，上位机还包含与 WEB 服 务器通信的网络模块和与用户移动终端通信的移动通信模 块。通过网络模块，上位机可以将室内可燃气体的浓度信息发 送到 WEB 服务器上，方便用户进行实时查看。在室内可燃气 体浓度超过阈值时，上位机还可以通过移动通信模块及时向用 户发出警报信息。 为了降低系统发出错误警报的比率，本系统中使用了多个 传感结点，上位机根据多个传感结点采集的数据计算室内可燃 气体浓度的平均值。如果平均值低于设定的阈值，上位机只将 数据上传到 WEB 服务器，用户可以随时通过访问 WEB 服务器 进行查看。相反，如果室内可燃气体浓度的平均值高于设定的 阈值，上位机在继续将数据上传到 WEB 服务器的同时，立即通 过移动通信模块向用户发出警报。
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计算机工程应用技术
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第 11 卷第 27 期 (2015 年 9 月)
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采集网络就可以基本形成。由于本系统的数据是通过上位机 进行处理，因此协调器结点还需要把采集到的数据通过串口发 送给上位机。ZigBee 网络在收发数据时采用的是数据帧形式， 而上位机与协调器结点通信采用的是数据流形式，因此协调器 结点在收到传感结点发送的数据帧后，需要对该数据帧进行拆 分，从中取出可燃气体浓度数据，然后按照预设的串口协议格 式，将数据组成串口数据流发送给上位机。
１ 系统总体方案设计
本系统由信息收集处理结点和传感器结点组成，系统结构 如图 1 所示：
传感结点
传感结点
上位机
WEB服务器
2 协调器结点
协调器结点是整个系统的核心部件，它不仅要负责建立 ZigBee 网络，而且要负责将传感结点发来的信息转发给上位机 进行处理。为了快捷可靠地实现 ZigBee 网络，本系统选择 TI 公司的 cc2530 芯片来实现协调器结点。cc2530 是一款支持 ZigBee 协议的低功耗、低成本的 SOC 解决方案，具有丰富的外 设控制功能，已经在汽车电子、工业控制和无线传感领域得到 了广泛的应用[1,2]。协调器结点的工作流程如图 2 所示：
参考文献:
[1] 蒋耘晨,刘秋丽,杨明 . 基于 ZigBee 技术的天然气联合站监控 系统设计[J]. 无线电通信技术,2007, 33(01): 56-58.
[2] 代成,叶焱,刘太君等 . 基于 WEB 的远程自动控制系统研究 和实现[J]. 无线电通信技术, 2014, 40(3): 90-93.
3 传感结点设计
由于准确采集可燃气体浓度是整个系统正常工作的基础，
因此本系统采用灵敏度较高的 MQ 系列传感器（如 MQ5，MQ7
等）来构建传感结点。
MQ传感器
cc2530
MQ气敏 探头
模拟输入
AD转换
信号 放大
控制 单元 通信 单元
信号 降噪滤 波
模拟输出
数据 发送
图 3 传感结点结构 MQ 系统传感器使用在清洁空气中电导率较低的 SnO2 作 为气敏材料，当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的 电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大，使用简单的电路 即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出，因此 MQ 系统传感器具有响应恢复特性快、使用寿命长、稳定性可 靠、抗烟雾、抗干扰的特点。对于传感结点的主控芯片，本系统 同样采用 cc2530，由该芯片对 MQ 传感器进行控制。传感结点 的结构如图 3 所示： 从图 3 中可以看出，MQ 传感器对室内可燃气体浓度进行 采集、放大和降噪滤波之后，将其转化为模拟信号并对该信号 进行输出。由于 MQ 传感器的模拟输出端连接到 cc2530 的模 拟输入端，因此 cc2530 可以通过内置的 12 位的 ADC（模数转换 器）对输入的模拟信号进行转换。传感结点在完成 AD 转换 （模数转换）之后，将气体浓度数据组成 ZigBee 网络中使用的数 据帧，然后将该数据帧发送给协调器结点。传感结点的工作流 程如图 4 所示：
从图 2 中可以看出，协调器结点首先初始化硬件，配置相 应的寄存器，而后在整个可用频段内依次搜索可用的信道。如 果当前信道被占用，协调器结点将检查下一个信道。如果当前 信道没有被占用，协调器结点选择当前信道作为本系统的工作 信道，而且配置相应的参数（如个域网标识 PANID），建立以自 己为中心的星型网络，等待传感结点的加入。如果收到一个传
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内置的移动通信模块（如 GSM 模块）直接向用户的手机发送警 报信息。
有易燃易爆特性，如果在使用中操作不当或设备密封不好，都 可能发生可燃气体泄漏现象，进而酿成火灾或爆炸事故，给国 家和人民的生命财产造成损失。为了有效预防可燃气体泄漏 事故，本文提出一种基于 ZigBee 技术的室内可燃气体监测系 统，以 MQ 系列传感器和 cc2530 芯片组成传感结点和协调器结 点，构成无线数据采集网络，实现对室内可燃气体的检测和预 警。该系统具有功耗低、稳定可靠、易于维护等特点。
硬件 初始化
发送 入网请 求
N
收到 应答？
Y
接收 短地址 和网络 参数
AD转换
发送 数据
Y 发送完成？ N
图 4 传感结点工作流程 从图 4 中可以看出，传感结点首先进行硬件初始化，而后
向协调器结点发送加入网络的请求。在得到协调器结点的回 应后，传感结点接收协调器结点分配的短地址和其他网络参 数，然后根据这些参数ห้องสมุดไป่ตู้行寄存器的配置。在配置完成之后， 传感结点开始通过 MQ 传感器对室内可燃气体的浓度进行采 集，然后将其转换成数据信息并通过 ZigBee 网络发送给协调器 结点。由于本系统需要持续监测室内可燃气体的浓度，因此传 感结点在加入 ZigBee 网络后会不断地重复浓度采集、AD 转换 和数据发送的过程，使得整个系统可以及时发现室内可燃气体 的浓度变化。
感结点发送的入网请求，协调器结点将向该传感结点发送回应
传感结点
协调器结点
传感结点
智能手机 用户
信息，同意其加入网络。同时，协调器结点给该传感结点分配 16 位短地址，并且将需要配置的其它网络信息传递给传感结 点。
图 1 监测系统结构 从图 1 中可以看出，系统由协调器结点、传感结点、上位机 和 WEB 服务器组成。传感结点负责采集室内可燃气体的浓 度，然后将浓度值转换成相应的电压信号，再通过处理电路对 信号进行比较、放大、滤波，最后将信号通过 ZigBee 协议发送给 协调器结点。协调器结点通过 ZigBee 协议，建立一个以自己为 中心的星型网络，等待传感结点加入网络并接收传感结点发来 的可燃气体浓度信息。上位机通过串口与协调器结点相连，对 协调器结点发来的数据进行处理。上位机一方面通过网络将 数据发送到 WEB 服务器，以便用户通过访问 WEB 服务器进行 实时查看，另一方面在室内可燃气体的浓度超过阈值时，使用
ISSN 1009-3044 Computer Knowledge and Technology 电电脑脑知知识识与与技技术术
Vol.11, No.27, September 2015
E-mail:kfyj@ http://ww第w.1d1nz卷s.n第et2.c7n期 (2015 年 9 月)
关键词：ZigBee；可燃气体；cc2530
中图法分类号:TP311 文献标识码: A 文章编号：1009-3044(2015)27-0204-02
DOI:10.14004/ki.ckt.2015.2351
随着我国能源结构的不断完善，越来越多的可燃性气体成 为了人们日常生活中不可或缺的重要能源。但可燃性气体具
Tel:+86-551-65690963 65690964
基于 ZigBee 技术的室内可燃气体监测系统
张鹏，秦飞舟
(宁夏大学物理电气信息学院，宁夏 银川 750021)
摘要：由于可燃气体具有易燃易爆的特点，一旦发生泄漏往往会酿成严重的事故。为了对室内可燃气体浓度进行实时监 测，本文设计实现了一种室内可燃气体监测系统。该系统采用 MQ 系列传感器和 cc2530 芯片来构建传感结点和协调器结 点，通过 ZigBee 协议组建数据采集网络，而后使用上位机对数据进行处理，并在室内可燃气体浓度超过阈值时对用户进行 警告。
硬件初始化 搜索信道 组建网络
响应入网请求 分配网络地址和参数
N 组建成功？ Y
等待传感结点入网
接收数据 校验数据
N
Y
收到入网请求？
串口转发
图 2 协调器结点工作流程 在传感结点加入网络后，围绕协调器结点组建的星型数据
收稿日期：2015-08-15 基金项目: 2015 年度宁夏自然科学基金项目(NZ15048)。 作者简介: 张鹏(1980—)，男，讲师，研究方向：信息安全；秦飞舟(1972—)，女，副教授，研究方向：数据库、物联网技术。
5 总结
本文基于 ZigBee 协议设计了一种室内可燃气体监测系统， 可以实现对室内可燃气体浓度的实时监测。系统采用建立协 调器结点、传感结点的方法，组成室内可燃气体浓度的采集网 络，将采集到的信息传输到上位机进行处理。上位机不仅可以 将气体浓度数据上传到 WEB 服务器，而且可以在气体浓度超 过阈值时直接通过移动通信模块向用户发送警报。通过实验 调试和实践验证，该采集系统达到了设计要求，效果良好。

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基于zigbee技术的家居环境监测系统的设计与实现最终版

基于zigbee技术的家居环境监测系统的设计与实现最终版

基于zigbee技术的家居环境监测系统的设计与实现最终版摘要：环境是人们赖以生存的必要条件，随着现代化信息技术的迅猛进展和提高，人们对自己的生活环境有了更高的要求，期望自己的生活环境健康、舒服。

近些年，专门是人类在信息技术上的快速进展，使得各种无线通信技术有了前所未有的突破，无线技术在智能家居上的应用将越来越广泛。

因此，本文利用ZigBee技术设计出了这种无线家居环境监测系统。

该系统中，传感器节点〔即终端节点〕能够选择温度、湿度、亮度等传感器，同时能够依照需求添加或减少传感器节点。

因此本文无线网络终端模块选用的CC2530芯片为平台，以实现信息数据的接收与发送。

此芯片内置8051内核的单片机内核，并有一定的内存空间，故只要加上些少许外围电路就能够实现功能，无需再加单片机。

在数据接收端〔即和谐器节点〕收到的数据处理传送到PC机上显示。

为了让用户方便监测数据，本文在PC机上设计了显示界面，让人们更加方便操作及监测数据。

本系统运行可靠，能正确猎取环境数据，实现实时监测。

关键词：ZigBee;无线传感器网络;环境监测;智能家居Design and Realization of Household EnvironmentMonitoring System Based on ZigBee TechnologyAbstract：Environment is a necessary condition for survival. With the rapid development and improvement of modern information technology, people have higher requirements for their living environment. They hope they live healthily and comfortably. During recent years, especially the quick development of information technology which enables all kinds of wireless communication technology to improve unprecedentedly. So,the thesis utilizes ZigBee technology to exploit and design the wireless home environmental monitoring system. In the system, the sensor node(as well as terminal node) can choose temperature, humidity, brightness etc. Therefore, the wireless network terminal module of the thesis choose the CC2530 chip as the platform for realizing receiving and sending of the information data. The chip has a single chip with 8051 core and has certain memory space. Thus, it can realize its function by adding a little peripheral circuit without extra single chip. The received data processing in the data receiving terminal(that is coordinator node) send to PC for people’s real-time monitoring. The thesis designed the display interface in PC for people’s operation and data monitoring conveniently. The system works reliably which can obtain correct environmental data and realize real time monitoring.Keywords：ZigBee;Wireless sensor networks; environmental monitoring; smart home名目前言 0第1章绪论 (1)1.1 本文的研究背景 (1)1.2 智能家居环境监测系统的特点 (1)1.3 本文要紧研究内容 (2)1.4 开发工具及开发环境的介绍 (2)1.4.1 系统软件开发环境介绍 (3)1.4.2 上位机软件开发环境介绍 (4)第2章 ZigBee技术的概述 (6)2.1 ZigBee技术的概念 (6)2.2 ZigBee技术的特点 (7)2.3 ZigBee网络设备组成和网络结构 (7)2.4 ZigBee的协议分析 (8)2.4.1 网络层〔NWK〕 (9)2.4.2 应用层〔APP〕 (10)2.5 本章小结 (11)第3章系统的总体设计 (12)3.1 系统结构 (12)3.2 系统功能定义 (12)3.3 系统设计要求 (14)3.4 本章小结 (14)第4章系统的硬件设计 (15)4.1 ZigBee硬件选型 (15)4.2 节点硬件设计 (17)4.3 本章小结 (20)第5章系统的软件设计及实现 (21)5.1 软件部分总体介绍 (21)5.1.1 软件设计整体流程 (21)5.1.2 和谐器的自动组网流程 (21)5.2 和谐器节点软件实现 (24)5.3 传感器节点软件设计 (26)5.4 本章小结 (27)第6章上位机软件实现及测试 (28)6.1 上位机软件实现 (28)6.2 软件测试 (29)6.3 本章小结........................................ 错误!未定义书签。

一种基于ZigBee的智能家居环境信号采集与控制系统设计

一种基于ZigBee的智能家居环境信号采集与控制系统设计

图1 感知家居需求与用户用例图图2 感知家居系统与芯片选型原有的信息孤岛相互联系起来将成为未来的大趋势。

2016年3月8日，海尔向开发者开放了U+平台，美的集团也向第三方开放了M-Smart 的SDK(软件开发工具包)；3月31日，微软也发布了MS Bot Framework 机器人框架，巨头们的纷纷表率预示着更多的厂商将会开放自身的软硬件平台，使得家电设备，以及越来越多的智能硬件单品可以整合到一起。

旧版本的智能家居系统大多采用总线控制，装修布线的成本非常高，并且严重降低用户体验。

新一代智能家居产品以小米和华为的最新产品为例，均采用Wi-Fi 与ZigBee 协议。

本文介绍了一种兼容性强、性价比高的环境信息采集和家电控制系统。

1 系统概述要实现一套性价比较高的智能家居系统，所需的功能由用户的核心需求来决定。

根据马斯洛需求层级，生理和安全方面的需求应当放在首要实现的位置，实现的功能必须包含安全防盗、火警、有害气体检测和危险情况及时报警；其次是生活的便利化，包括对家庭环境的随时随地查看，家电的远程控制等；最后是需求的个性化，例如SOHU 办公、孕婴或行动不便、视力障碍或听觉障碍等情况，是用户分散的长尾需求指标。

用户用例如图1所示，通过PC 电脑浏览器或移动APP 均可传感器型号传感器描述DHT11温湿度传感器，有效测量范围：0～50℃；湿度有效测量范围：20%～90%RH 。

MQ-2烟雾传感器，可采集甲烷、丙烷、氢气、酒精和液化气等常见家用厨房可燃气体。

有效监测范围：100～20000ppm ；工作环境温度：-10℃～50℃；湿度65%±5%RH 。

BH1750FVI 光照传感器，其测量范围约为(1～65535lx)，工作温度范围：-40℃～50℃。

HC-SR501人体红外活动探测传感器，工作温度：-15℃～70℃，有效范围15m 。

DSM501AP M 2.5探测传感器，工作温度范围：-20℃～80℃ 。

基于Zigbee的智能家居环境监测系统的设计 毕业论文

基于Zigbee的智能家居环境监测系统的设计 毕业论文

智能家居监测系统的设计Design of The Intelligent Home Furnishing Mornitorning System毕业设计成绩单毕业设计任务书毕业设计开题报告摘要随着嵌入式计算、传感器、无线通信等技术的飞速发展，无线传感网被广泛应用于环境监测、军事国防和工农业控制等诸多领域，已成为电子信息技术发展的一个热点。

CC2530是TI公司针对Zigbee的无线传感网芯片解决方案，具有功耗低，可靠性高，组网简单等优势。

基于CC2530和Zigbee协议，设计了温湿度数据采集系统。

在干扰环境下测试表明，网络具有较强的鲁棒性和自组能力。

本课题主要介绍基于CC2530为核心的家庭环境监测系统的硬件电路设计和软件流程设计，实现了在家庭环境中对温度、湿度、烟雾的监测。

将温度、湿度的信息量经过单片机处理后通过无线发送给上位机。

本设计使用Zigbee无线网络协议，将系统参数传输及控制，可与上位机实时通讯和监控。

关键词：CC2530 传感器Zigbee 环境监测ABSTRACTWith the rapid development of embedded computing, sensor, wireless communication technology, wireless sensor network is widely used in environmental monitoring, military defense, industrial and agricultural control fields, has become a hotspot in the development of electronic information technology. CC2530 is a wireless sensor network chip for Zigbee TI solution, with low power consumption, high reliability, simple networking advantages. CC2530 and based on Zigbee protocol, design the temperature and humidity data acquisition system, the software algorithm coordinator and ordinary nodes are given respectively, tested in interference environment, the network has strong robustness and self-organizing ability.This paper mainly introduces the design of hardware circuit and software flow design of family environment monitoring system based on CC2530 as the core, realizes in the home environment of temperature, humidity. Among them, the analog temperature, humidity, light sensor through the SCM processing output control action corresponding adjusting the corresponding parameters; SCM outputs corresponding protection control: instantaneous over current protection. This design uses Zigbee wireless network protocol, the system parameters of transmission and control, is also available with a PC real-time communication and monitoring.Key words: CC2530 Sensor Zigbee Environmental Monitoring目录第1章绪论 (1)1.1 本文研究背景与意义 (1)1.2 智能家居环境监测系统的特点 (1)1.3 国内外发展现状及分析 (2)1.4 典型无线网络技术介绍 (2)1.4.1 Zigbee技术 (2)1.4.2 Wi-Fi技术 (3)1.4.3 蓝牙技术 (3)1.5.1 本文主要研究内容 (3)1.5.2 本文主要研究创新点 (4)第2章Zigbee技术综述 (5)2.1 Zigbee技术介绍 (5)2.2 Zigbee技术的特点 (6)2.3 Zigbee网络设备组成和网络结构 (6)2.4 Zigbee协议分析 (7)2.4.1 网络层(NWK) (7)2.4.2 应用层(APP) (8)第3章家居环境监测系统方案 (11)3.1 系统结构 (11)3.2 系统功能定义 (12)3.3 系统设计要求 (12)第4章家居环境监测系统硬件设计 (14)4.1 系统电源电路 (14)4.2 Zigbee芯片CC2530 (15)4.3 家居环境参数采集模块 (15)4.3.1 数字温湿度传感器DHT11 (15)4.3.2 烟雾传感器MQ-2 (16)4.4 CC2530通讯 (17)4.5 LCD液晶显示模块 (18)第5章系统软件设计 (19)5.1 Zigbee无线通讯协议 (19)5.2 温湿度传感器程序 (20)5.3 烟雾传感器程序 (20)第6章系统性能测试与评述 (21)6.1 硬件测试 (21)6.2 软件测试 (21)第7章结论与展望 (22)7.1 结论 (22)7.2 展望 (22)总结 (23)参考文献 (24)致谢 (25)附录 (26)附录A 外文文献 (26)附录B 中文翻译 (34)附录C 程序 (39)第1章绪论1.1 本文研究背景与意义千百年来，人类都在关注着自身的生活和居住条件，并努力改善和提高之。

基于物联网技术的智能气体检测与报警系统设计

基于物联网技术的智能气体检测与报警系统设计

基于物联网技术的智能气体检测与报警系统设计随着物联网技术的快速发展，人们对安全环境的要求越来越高。

在工业生产、医疗卫生、居住环境等各个领域，气体泄漏事件可能会对人们的生命和财产安全造成严重威胁。

而基于物联网技术的智能气体检测与报警系统设计，正是针对这一需求，利用传感器、网络、云计算等技术，实现对气体数据的实时监测、分析和报警，以提升人们的安全保障水平。

一、系统架构设计智能气体检测与报警系统的核心架构包括传感器、数据通信模块、数据处理与分析模块、报警与预警模块以及远程监控与管理模块。

1. 传感器：采用高精度、高稳定性的气体传感器，能够实时检测环境中的有害气体浓度，并将检测结果以数字信号的形式传输给数据通信模块。

2. 数据通信模块：使用无线通信技术，如Wi-Fi、蓝牙、Zigbee等，与传感器进行无线连接，将实时采集的气体浓度数据传输到数据处理与分析模块。

3. 数据处理与分析模块：接收传感器传输的数据，并通过算法对数据进行处理，比较检测结果与预设阈值，判断是否存在气体泄漏或浓度超标的情况。

同时，还可以对历史数据进行存储和分析，为后续的数据挖掘和决策提供支持。

4. 报警与预警模块：当检测结果超过事先设定的阈值时，系统会立即触发报警机制，以声音、光照等方式提醒现场人员，并通过短信、邮件等形式发送报警信息给相关人员，以便及时采取应对措施。

5. 远程监控与管理模块：通过互联网将监测数据传输到云服务器，并提供远程监控与管理的功能。

用户可以通过手机APP、电脑终端等设备，实时查看气体浓度、报警状态和历史记录，并对系统进行远程设置和管理。

二、技术选择与关键问题解决1. 传感器选择：根据不同的气体类型和监测要求，选择适合的传感器。

常见的气体传感器包括甲烷、一氧化碳、二氧化碳、硫化氢等。

传感器的准确性、稳定性和响应时间等性能指标要求高，需要在供应商的评估和实际使用中进行验证。

2. 数据通信选择：根据系统实际需求和现场环境特点选择合适的无线通信技术。