基于传感器网络技术的环境监测系统设计

２０１１年第１１期　福　建　电脑　１２１　基于无线传感器网络的智能家居环境监制系统的　设计与实现　叶琳琳　（平顶山教育学院　河南平顶山４６７０００）　【摘　要】：伴随生活步伐的不断加快，人们照顾家庭的时间越来越少，如何有个舒适、安全的家已是　迫在眉睫的问题　急需设计一个具有对整个家居的环境参数（温度、湿度、亮度等）进行采集、汇总处理、自动　调节控制、安全检测等功能的智能家居环境监控系统，使人们没有后顾之忧，本文就此问题进行了阐述！　【关键词】：智能家居无线传感器网络ＺｉｇＢｅｅ技术控制系统　一、背景及现状　１９８４年世界上第一幢智能建筑在美国康涅迪格州　出现，当时只是对一座旧式大楼进行了改造，对大楼的　空调、电梯、照明等设备通过计算机系统进行监测和控　制，还提供语音通信、电子邮件和情报资料等方面的信　息服务。经济比较发达的国家先后提出了各种智能家　居方案，并广泛应用于家居环境。而当今世界上最著名　的智能家居，当属微软创始人之一、前微软公司主席比　尔・盖茨的豪宅——未来之屋。　在国内，家居智能化虽然起步较晚，但发展速度很　快。１９９９年，建设部勘察设计司、建设部住宅产业化办　公室联合组织实施全国住宅小区智能化技术示范工　程。在￣（２０００年小康型城乡住宅科技产业工程项目实　施方案》中，将建设智能化小康示范小区列入国家重点　发展方向。　二、无线传感器网络技术　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节点通过　无线或者有线通信方式形成的多跳自组织的网络系　统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖的地理　区域中感知对象的信息，并发布给观察者。无线传感器　网络可具有快速展开，抗毁性强、不需要固定网络支持　等特点。　无线传感器网络系统一般包括传感器节点和汇聚　节点和管理节点。大量传感器节点分散地随机布置在　所需要的监测区域内，节点构成网络的方式是以自组　织的形式，节点的数据传输方式是以多跳中继的方式将　监测到的数据传到汇聚节点。汇聚节点通过互联网或卫　星将所监测区域内的数据传送至远程管理节点，用户随　时可以通过管理节点发布监测任务以及收集监测数据，　并且及时对传感器网络进行有效的管理和配置。　三、智能家居环境监控系统的设计　３．１系统总体方案　３．１．１系统组成框架　该系统包括终端执行单元、无线传感器网络单元、　智能控制单元和客户监控终端单元四部分，智能控制　单元分别与无线传感器通信网络和客户端相连，还连　接有终端执行单元（由执行机构与终端设备组成）。如　图１所示。　：　一１　ｒ　ｉ终端执行单兀　：：　；　一　竺三　；臣画二］．—压　Ｈ　■　赢～～一一……‘１　团Ｈ　—————　ｌ，　ｌ　［困；：　图１系统总体框图　终端执行单元：包括终端设备和执行机构，负责执　行智能控制单元的命令。对环境参数进行调节。　无线传感器网络：主要负责对室内环境参数的采　集，包括：协调器、路由器以及传感器节点，协调器与智　能控制单元相连构成环境监控中心，路由器节点和室　内的传感器节点构成控制每个区域环境参数的环境子　系统。　智能控制单元：是系统的核心部分。负责对家居中　环境调节控制设备的管理和控制，负责做出控制策略、　发出控制指令控制调节环境参数。还具有家庭网关功　能，负责家庭内部网络与外部网络之间的数据交换和　信息共享。　客户端监控单元：用户在手机或ＰＣ机使用客户端　软件能通过局域网或者是Ｉｎｔｅｒｎｅｔ与家庭网关连接，实　现远程对家庭环境进行查询与控制。　３．１．２系统工作过程　该系统工作过程是：居室内无线传感器网络负责　采集环境参数各项数据并传送至智能控制单元，智能　控制单元中的无线网关模块负责家庭内、外网的连接　并进行协议转换。以便用户通过现有网络随时随地查　看居室内环境数据。如果某项参数不符合要求，用户可　通过手中设备发送指令至智能控制单元。通过控制算　法模块对终端设备（

第３４卷第８期　２０１２年８月　人民　ＹＥＬＬＯＷ　黄河　ＲＩＶＥＲ　Ｖｏ１．３４．Ｎｏ．８　Ａｕｇ．，２０１２　

【水资源·水环境】　

基于无线传感器网络的水环境监测系统设计　

蔡彬彬　，张云　

（１．南通纺织职业技术学院，江苏南通２２６３００；２．江苏省水文水资源勘测局南通分局，江苏南通２２６００６）　

摘要：在深入研究ＺｉｇＢｅｅ无线传感器网络的基础上，提出了一种基于无线传感器网络的水环境监测系统的设计方案。该　

方案借助ＺｉｇＢｅｅ技术在短距离无线通信方面的优势，采用树型拓扑结构组建无线传感器网络，对水环境监测中的水温、ｐＨ　

值、电导率、溶解氧和浊度等重要指标进行远程实时监测。　

关键词：无线传感器网络；ＺｉｇＢｅｅ；树型拓扑；水环境监测　

中图分类号：ＴＰ２１２；Ｘ８４　文献标识码：Ａ　ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—１３７９．２０１２．０８．０３０　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｓｅｎｓｏｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　

ＣＡＩ　Ｂｉｎ　ｂｉｎ　，ＺＨＡＮＧ　Ｙｕｎ　

（１．Ｎａｎｔｏｎｇ　Ｔｅｘｔｉｌｅ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｎａｎｔｏｎｇ　２２６３００，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｎａｎｔｏｎｇ　Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｗａｔｅｒ　Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　Ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ　Ｂｕｒｅａｕ　ｉｎ　Ｊｉａｎｇｓｕ　Ｐｒｏｖｉｎｃｅ。Ｎａｎｔｏｎｇ　２２６００６，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｓｃｈｅｍｅ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　ＺｉｇＢｅｅ　ｗｉｒｅ—　ｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍｅ　ｍａｄｅ　ｆｕｌｌ　ｕｓｅ　ｏｆ　８ｈｏｎ－ｒａｎｇｅ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．ａｎｄ　ｕｓｅｄ　ｔｒｅｅ—ｔｏｐｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｔｏ　ｓｅｔ　ｕｐ　ｗｉｒｅ—　ｌｅｓｓ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ．Ｔｈｅ　ｓｃｈｅｍｅ　ｃｏｕｌｄ　ｒｅｍｏｔｅｌｙ　ａｎｄ　ｒｅａｌ—ｔｉｍｅｌｙ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ｔｈｅ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｉｎｄｅｘｅｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｗａｔｅｒ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｐＨ，ＤＯ　ａｎｄ　ｔｕｒ－　

１４０　传感器与微系统（Ｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ　ａｎｄ　Ｍｉｃｒｏｓｙｓｔｅｍ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ）　２０１２年第３ｌ卷第２期　

基于智能传感器网络的环境信息监测系统设计　

张粤　，倪桑晨　，倪伟　

（１．淮阴工学院计算机工程学院，江苏淮安２２３００３；　２．东南大学信息科学与工程学院，江苏南京２１１１８９：　３．淮阴工学院电子与电气工程学院，江苏淮安２２３００３）　

摘要：通过分析和研究环境参数大滞后和大惯性的特点，设计一种基于Ｚｉｇ　Ｂｅｅ　ＣＣ２４３０的无线通信技　术多环境参数监测系统。在监测区域部署网络节点，监测环境中的温度和湿度等环境参数，完成数据无线　传输，由监控系统对数据进行处理，实时监测环境参数变化并为其有效控制提供依据。该系统克服了传统　方式的布线复杂、节点功耗大、监测管理不便等缺陷，且具有功耗低、组网灵活、可扩展性强等优点。将该　系统应用于环境温湿度的监测，监测实验结果表明：该系统运行稳定，数据精度高，可广泛应用于各领域的　环境参数自动监测，适合推广应用。　关键词：智能传感器网络；ＣＣ２４３０；环境信息；监测　中图分类号：ＴＰ２０２　文献标识码：Ａ　文章编号：１０００－９７８７（２０１２）０２－０１４０－０３　

１一　●　ｎ　●　·　－■　ｎ　·■　●·　■　·　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｏｒ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｉｎｔｏｒｍａｔｉ０ｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　

ｂａｓｅｄ　０ｎ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｓｅｎｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　

ＺＨＡＮＧ　Ｙｕｅ　，ＮＩ　Ｓａｎｇ—ｃｈｅｎ。，ＮＩ　Ｗｅｉ。　（１．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕａｉｙｉｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｅｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｉａｎ　２２３００３，Ｃｈｉｎａ；　２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ　２１１１８９，Ｃｈｉｎａ；　３．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｕａｉｙｉｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｅｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕａｉａｎ　２２３００３。Ｃｈｉｎａ）　

基于无线传感器网络的环境监测系统

无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）是一种利用无线通信技术和分散式传感器节点构成的自组织网络。它通过无线传感器节点之间的协作，实时采集、处理和传输环境信息，具有广泛的应用前景。基于无线传感器网络的环境监测系统可以对环境参数进行实时监测和数据采集，用于环境保护、资源管理、灾害预警等领域。

一、无线传感器网络的工作原理

无线传感器网络由大量的无线传感器节点组成，这些节点通常由微处理器、传感器、无线通信模块和电源组成。它们通过无线通信创建一个自组织、分布式的网络，在监测区域内部署形成感知层。传感器节点通过感知环境参数（如温度、湿度、光照强度等）并将数据通过网络传输给基站，形成一个数据收集层。基站作为数据的汇集和处理中心，负责数据的存储、处理和分析，同时可以与其他网络进行连接，如互联网，形成一个应用层。 在无线传感器网络中，传感器节点通常由两种方式工作：协同式和分布式。在协同式工作模式下，节点之间通过协作来完成共同的任务，例如数据的传输和处理。而在分布式工作模式下，节点独立地执行任务，节点之间不会进行通信。这两种工作模式的选择取决于具体的应用场景和需求。

无线传感器网络自组织的特点使得它具有灵活性、可扩展性和自适应性。传感器节点可以动态地加入或离开网络，使得网络能够自动适应环境的变化。此外，无线传感器节点通常采用低功耗设计，以延长其工作寿命。

二、环境监测系统的设计与实现

基于无线传感器网络的环境监测系统的设计和实现可以分为硬件部分和软件部分。

硬件部分主要包括传感器节点的选择和部署、数据采集和传输设备等。在选择传感器节点时，需要根据具体的监测需求选择适合的传感器类型，例如温度传感器、湿度传感器、光照传感器等。传感器节点的部署需要考虑监测区域的大小和形状，以及节点之间的通信距离和信号强度。数据采集和传输设备负责节点之间的数据传输和接收，如无线通信模块和基站设备。