用于环境监测的ZigBee无线传感器节点设计

基于 ZigBee技术的室内环境监测系统设计摘要：基于ZigBee技术的室内环境监测系统设计。

它有三大部分组成，所有的数据的传输都在ZigBee搭建的无线传感网络工作。

ZigBee模块A用来发送数据，ZigBee模块B用来接受数据，上位机用来显示数据。

温湿度传感器和stm32单片机用来采集数据发送给ZigBee模块A。

同时用IAR软件编写和编译ZigBee的程序，保证数据的传输。

应用于对信息传递的大小的要求很低，对功耗的需求也比较低的场合。

关键词：Zigbee技术；环境监测；无线传感器引言：随着科技的发展、社会的进步，当今对无线技术需求日益增长，从而孕育出了无线传感网络(Wireless Sensor Network，简称WSN)。

无线通信技术WiFi、蓝牙已经被人们熟知，由于他们的功耗大、组网麻烦等原因，很难应用在工业自动化中。

为了满足市场的需求，ZigBee就这样诞生了。

它有成本低、组网方便、安全性高等优点。

应用ZigBee技术可以制造一种低成本、低功耗的检测仪器。

1主要功能本设计以STM32单片机作为核心控制元件，ZigBee无线模块作为通信模块，以及DHT11温湿度传感器设计的一款无线传输的温湿度检测仪，其中温湿度传感器DHT11和stm32单片机用来采集数据发送给ZigBee模块A，然后在ZigBee组网内，ZigBee模块A用来发送数据，ZigBee模块B用来接收数据，最后上位机用来显示数据。

2工作原理本设计采用STM32单片机作为核心控制元件，使用两块ZigBee无线模块作为通讯模块，首先使接收电路正常供电，进入接收数据状态，等待数据的到来，接着单片机上的程序运行，将单片机上事先存放的数据由ZigBee模块A发射出去，如若发射模块和接收模块在可接受范围内，无线ZigBee B模块接收到信号，在上位机实时显示温湿度数据。

3硬件设计本设计的方案是把温湿度传感器采集的数据通过单片机stm32发送给ZigBee模块A，再运用ZigBee无线通讯协议把数据传输给ZigBee模块B，最后通过串口把数据在上位机上显示出来。

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ZigBee技术的环境监测系统设计作者：王志雷秦玉龙张沈兵邢晓丽来源：《物联网技术》2013年第12期摘要：以CC2530和zstack协议栈为平台，给出了基于ZigBee技术的温度、光照度无线传感器网络的设计方法，同时对协议栈的运行机制、组网过程及应用层的数据采集进行了分析与设计。

实验结果表明，该设计方法可行，各节点工作良好，能成功实现多跳网络的数据采集。

关键词： ZigBee协议栈；CC2530；无线传感器网络；环境监测中图分类号： TP311 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）12-0021-040 引言各行各业尤其是工农业生产、环境监测等领域，都对无线数字监测系统提出了极大的需求和更高的要求。

无线传感网的迅速发展并逐渐走向成熟，使得这一需求得到了较好的满足。

基于ZigBee技术的无线传感网具有自组织、低功耗、以数据为中心、抗毁性强和无需架设网络设施等优势，可以在外界环境十分恶劣的条件下，完成其他监测手段无法完成的任务，代表了数字监测的一个新的发展方向。

本文以TI公司的CC2530和zstack协议栈为平台，给出了基于ZigBee技术的温度及光照度无线传感器网络的设计方法。

1 系统总体设计本文设计的基于ZigBee技术的无线传感器网络由一个协调器节点、若干路由节点和众多传感节点组成，图1所示是其系统总体结构。

其中，传感节点负责对环境温度等数据的监测，然后通过路由节点以多跳方式将数据发送给协调器节点，协调器节点负责将数据上报给监测中心PC机。

2 节点硬件设计根据节点在系统中的应用不同，可分为传感节点、路由节点和协调器节点。

各节点的功能不尽相同，可分为数据采集、数据处理、无线通信、能量供应和串口通信等功能。

各功能模块采用模块化的方法设计，这样可以实现各模块的并行设计、调试，缩短开发周期，同时也便于后期更换和扩展传感器，从而方便后期维护或移植到其他监测领域。

2.1 ZigBee模块本设计中的各节点选用CC2530芯片作为ZigBee模块，实现数据处理及ZigBee无线通信功能。

基于ZigBee的远程无线仓库温湿度环境智能监测系统设计共3篇基于ZigBee的远程无线仓库温湿度环境智能监测系统设计1一、系统概述随着仓库技术的不断发展，现代仓库已经不再是简单的存储场所，而是一个充满了各种设备、智能系统和软件的物流中心，仓库储存的货物多种多样，需要保证货物在合适的温湿度环境下存储，以确保货物的安全保存。

本文将基于 ZigBee 技术，设计一个远程无线仓库温湿度环境智能监测系统。

二、系统组成1.传感器模块由于仓库储存的货物种类多种多样，对环境条件的要求也不尽相同，比如药品需要相对恒定的温度和湿度，而食品则需要严格控制温度和湿度，因此需要选用不同的传感器来监测不同的环境参数。

本系统主要包括温度、湿度、光照强度、二氧化碳浓度等多个传感器，通过ZigBee 无线传输技术将检测到的环境数据传输至下位机。

传感器模块同时还负责环境数据的采集和处理，确保数据的可靠性和准确性。

2.ZigBee模块ZigBee 是一种短距离、低功率消耗、低速、低成本的无线通信技术，是一种面向控制和监测应用的无线通信技术。

ZigBee 模块主要负责实现无线传输和数据通信的功能，将传感器采集到的数据通过无线信号传输到上位机，具有可靠性高、适用范围广、安全性强等优点。

3.上位机上位机主要负责数据的接收、处理和存储，通过图表和曲线的形式展示当前环境参数的变化情况。

上位机可以远程实现对仓库环境的监测和控制，提高了仓库环境的智能化水平。

上位机同时还负责对环境参数设定阈值，并在达到阈值时触发报警。

三、系统原理本系统通过 ZigBee 传感器网络，实现对远程仓库的环境参数进行智能监测。

各个传感器将检测到的数据采集并处理后，通过 ZigBee 通信模块传输到上位机。

上位机接收到数据后，进行分析、处理然后通过图表和曲线的方式展示出来。

用户可以在上位机界面通过设定阈值来实现对环境的远程控制，当环境参数达到预设的阈值时，系统会自动触发报警，用户可第一时间得知环境的变化。

基于ZigBee技术的家居环境监测系统的设计与实现摘要：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发展和提高，人们对自己的生活环境有了更高的要求，希望自己的生活环境健康、舒适。

近些年，特别是人类在信息技术上的快速发展，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）可以选择温度、湿度、亮度等传感器，并且可以根据需求添加或减少传感器节点。

所以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可以实现功能，无需再加单片机。

在数据接收端（即协调器节点）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，能正确获取环境数据，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目录前言 (1)第1章绪论 (2)1.1 本文的研究背景 (2)1.2 智能家居环境监测系统的特点 (2)1.3 本文主要研究内容 (3)1.4 开发工具及开发环境的介绍 (3)1.4.1 系统软件开发环境介绍 (4)1.4.2 上位机软件开发环境介绍 (5)第2章 ZigBee技术的概述 (7)2.1 ZigBee技术的概念 (7)2.2 ZigBee技术的特点 (8)2.3 ZigBee网络设备组成和网络结构 (8)2.4 ZigBee的协议分析 (9)2.4.1 网络层（NWK） (10)2.4.2 应用层（APP） (11)2.5 本章小结 (12)第3章系统的总体设计 (13)3.1 系统结构 (13)3.2 系统功能定义 (13)3.3 系统设计要求 (15)3.4 本章小结 (15)第4章系统的硬件设计 (16)4.1 ZigBee硬件选型 (16)4.2 节点硬件设计 (18)4.3 本章小结 (21)第5章系统的软件设计及实现 (22)5.1 软件部分总体介绍 (22)5.1.1 软件设计整体流程 (22)5.1.2 协调器的自动组网流程 (22)5.2 协调器节点软件实现 (25)5.3 传感器节点软件设计 (27)5.4 本章小结 (28)第6章上位机软件实现及测试 (29)6.1 上位机软件实现 (29)6.2 软件测试 (30)6.3 本章小结 (32)结束语 (33)参考文献 (34)致谢 (35)前言自人类诞生以来，人们一直都在努力改善和提高着自己的生活和居住条件。

基于ZigBee技术的无线温、湿度监测系统的设计与实现摘要：本文基于ZigBee技术，设计并实现了一种无线温、湿度监测系统。

该系统利用ZigBee无线通信技术，实现了温、湿度采集节点与上位机之间的数据传输。

通过对系统的设计与实现，验证了该系统在温、湿度监测方面的可行性和实用性。

1. 引言温度和湿度是影响人们生活和工作环境的重要参数。

传统的温、湿度监测系统通常需要使用大量的有线传感器，并且数据传输受到限制。

为了解决这些问题，本文基于ZigBee无线通信技术，设计了一种无线温、湿度监测系统。

2. 系统设计本系统由温、湿度采集节点和上位机组成。

温、湿度采集节点使用ZigBee无线传感器节点，通过温度和湿度传感器采集环境数据，并将数据通过ZigBee无线通信模块发送给上位机。

上位机通过ZigBee无线通信模块接收数据，并将数据显示在界面上。

3. 系统实现温、湿度采集节点采用ATmega128单片机作为主控制器，通过I2C总线连接温度和湿度传感器，实现对环境数据的采集。

同时，采集节点还集成了ZigBee无线通信模块，通过UART接口与主控制器进行通信。

上位机使用PC机作为主控制器，通过ZigBee无线通信模块接收温、湿度采集节点发送的数据。

上位机通过串口与ZigBee模块进行通信，并将接收到的数据显示在界面上。

用户可以实时监测温度和湿度的变化，并进行相应的调整。

4. 系统测试通过对系统的测试，验证了该系统的可行性和实用性。

实验结果表明，该系统能够准确地采集温、湿度数据，并且稳定性良好。

同时，系统的响应速度也较快，能够满足实时监测的需求。

5. 结论本文基于ZigBee技术，设计并实现了一种无线温、湿度监测系统。

该系统具有无线传输、实时监测和稳定性良好等特点，能够满足温、湿度监测的需求。

未来可以进一步优化该系统，提高传输速率和扩展监测范围，以满足更多应用场景的需求。

基于单片机的Zigbee传感器节点的硬件设计[图]摘要：无线传感网络应用广泛，它通过无数千个微小的节点之间互相通信实现大范围监控的模式。

采用IEEE802.15.4/Zigbee低成本、低功耗的技术，实现多个节点间无线通信。

首先从节点机的硬件设计描述硬件各个部分的模块设计，再分析节点机的软件设计。

阐述传感器网络节点的基本体系结构，重点介绍基于单片机ATMEGA128L和CC2420的Zigbee传感器节点的硬件设计，并对硬件进行组网，并对其测试，测试结果表明该节点的体积小，集成度高，功耗低，通过多层次布线不仅减少了信号的干扰，而且加大了传输的距离。

引言ZigBee联盟定义了2种物理设备类型：一种是全功能设备FFD(fullfunctiondevice)；另一种叫精简功能设备RFD(reducedfunctiondevice)。

网络的构建需要有协调器参与工作(FFD)。

整个网络的形成过程：首先进行初始化，之后协调器开始参与后建立网络，网络建立以后再通过路由器(FFD)和终端设备(RFD)发现网络，最后在建立起的网络开始数据管理和传送。

1 节点硬件设计传感器节点是由几个不同的模块组成，这些模块处理着不同的功能，有传感器模块，传感器模块是传感的硬件基础，接着通过处理器模块，这个模块执行着重要的功能，数据处理后才能进行通信，还有无线通信模块和能量供应模块。

传感器节点主要的功能是：首先进行数据节点的数据采集，采集后的数据再进行处理，经过处理后的数据再通过节点转发进行融合，同时还有其他节点转发数据过来，这样再对所有节点的数据进行管理和融合，数据处理后再进行存储。

所有传感器的工作原理和结构大致相同，虽然每一种传感器设计不同，但是基本的架构是相同的。

传感器节点的这种功能等同于兼并传统网络的路由功能，作为网络终端传送和接收数据，是构成5项网络的基础，网线网络的基本元素是传感器节点，节点是构成无线传感网络的基本平台。

基于ZigBee无线传感器低能耗火警智能报警系统的设计与实现研究一、引言二、设计思路1. 系统架构与功能模块基于ZigBee无线传感技术的火警智能报警系统主要由传感器节点、控制器节点和报警器三个功能模块组成。

传感器节点负责实时监测环境温度和烟雾浓度，并将采集到的数据通过ZigBee协议发送给控制器节点。

控制器节点接收并解析传感器节点发送的数据，并根据预设的报警规则进行判断，当检测到火灾危险时，控制器节点发出报警指令，同时向报警器发送报警信号。

2. 传感器节点的设计传感器节点采用ZigBee传感器模块，它能够实时监测环境温度和烟雾浓度。

当环境温度或烟雾浓度超过设定的阈值时，传感器节点会自动向控制器节点发送数据，并启动报警模式。

传感器节点采用低功耗设计，能够长时间稳定运行。

4. 报警器的设计报警器主要负责接收控制器节点发出的报警信号，并通过声音或灯光等方式向建筑内的人员发出警报。

报警器采用低功耗设计，并具有较高的音响和光线效果，能够有效地吸引人们的注意。

三、系统实现传感器节点主要由温度传感器、烟雾传感器、ZigBee模块和电池组成。

温度传感器和烟雾传感器分别用于监测环境温度和烟雾浓度，ZigBee模块负责与控制器节点进行无线通信，电池则为传感器节点提供电源。

传感器节点的硬件设计主要围绕低功耗和稳定性展开，采用优质的元器件和精密的电路设计，确保传感器节点能够稳定可靠地工作。

控制器节点的硬件设计包括ZigBee模块、微控制器、报警器驱动电路和电源管理电路。

ZigBee模块负责与传感器节点和报警器进行无线通信，微控制器用于数据解析和报警判断，报警器驱动电路负责控制报警器的工作，电源管理电路则用于管理电源供给和电量监测。

控制器节点的硬件设计需兼顾稳定性、高效性和低功耗性能。

四、系统测试为了验证系统的稳定性和可靠性，通过实验对系统进行了测试。

测试结果表明，基于ZigBee无线传感器的火警智能报警系统能够准确快速地发现火灾危险，并及时向人员发出警报。

基于无线传感器网络的环境监测系统设计随着技术的不断进步，基于无线传感器网络的环境监测系统在环境保护和资源管理方面发挥着重要的作用。

本文将介绍基于无线传感器网络的环境监测系统的设计原理和关键技术。

一、系统概述基于无线传感器网络的环境监测系统是通过部署大量的传感器节点来监测和收集环境中的各种参数信息。

这些参数包括温度、湿度、气压、光照强度等。

传感器节点可以通过无线通信方式将数据传输给监测中心，监测中心对数据进行处理和分析，从而实现对环境状况的实时监测和预警。

二、系统设计原理1. 传感器节点设计传感器节点是整个系统的核心部分，它负责采集环境参数信息并进行数据处理和传输。

传感器节点的设计需要考虑功耗、通信距离、数据处理能力等因素。

通常采用微控制器或嵌入式系统作为节点的核心处理器，并通过传感器模块对环境参数进行采集。

为了减少功耗，可以采用节能的传感器节点设计，例如休眠模式和自适应采样策略等。

2. 网络拓扑设计无线传感器网络通常采用分布式的网络拓扑结构。

可以采用星型、树型或网状等拓扑结构，根据实际应用场景选择合适的网络拓扑。

为了确保传感器节点之间的通信可靠性和稳定性，需要合理规划节点的部署位置和节点之间的通信距离。

同时，还需要考虑网络的安全性，采取加密和认证等措施，防止数据泄露和网络攻击。

3. 数据传输和处理传感器节点采集的数据需要通过无线通信方式传输给监测中心。

一般使用无线传感器网络协议进行数据传输，例如ZigBee、WiFi或LoRa等。

为了提高能量利用效率，可以采用数据压缩和聚合技术减少数据传输量。

在监测中心，需要对接收到的数据进行处理和分析，例如数据过滤、数据融合和数据挖掘等，以提取有价值的信息。

三、关键技术1. 能量管理技术无线传感器节点的能量是系统运行的关键资源，有效的能量管理技术能够延长节点的使用寿命。

例如，采用能量回收技术、能量自适应调节技术和能量预测技术等，以实现能量的高效利用和节能。

2. 网络协议技术无线传感器网络协议对系统性能和能源效率有着重要影响。