基于ZigBee的环境监测系统的设计与实现

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基于ZigBee的环境监测系统的设计

ｔｅＴＩＳＺｇｅｃｉ４０ｉｒｓｎｅｎｈｏｒｓｏｄｎｙｔｍａｄｒｒｈｔｃｕｅａｄｓｆｗａｅｆｏａｅｇｖｎｈ ’ ｉＢｅｈｐ２３ｓｐｅｅｔｄａｄｔｅｃｒｅｐｎｉｇｓｓｅｈｒｗａｅａｃｉｔｒｎｏｔｒｌｗｒｉｅ．ｅ
Ｔｈｓｓｓｅｃｌｅｔｈｎｉｎｎａｎｏｍａｉｎｓｃｓｔｍｐｒｔｒ，ｈｍｉｉｉｙｔｍｏｌｃｓｔｅｅｖｒｍｅｔ１ｉｆｒｔｕｈａｅｅａｕｅｕｄｔｏｏｙ，１ｈ，ｓｕｄａｄｓｎｓｉｔｏｔｉｔｏｎｎｅｄｔｏｈｓｇ
（ｐ．ｏｏｕｅｎｎｏｍａｉｎＳｉｎｅｏｔｗｅｔｒｓｒｌｇ，Ｋｕｍｉｇ６０２Ｃｈｎ）ＤｅｔｆＣｍｐｔｒａｄＩｆｒｔｃｃ，ＳｕｈｓｅｔｙＣｏｌｅｏｅＦｏｅｎｎ５２４，ｉａ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ａｎｉｎｎａｏｉｏｉｇｓｓｅｂｓｄｏｇｅｔｃｎｌｇｓｐｏｏｅ．ＴｈｙｔｍｅｉｎｍｅｈｄｗｉｅｖｒｍｅｔｌｏｍｎｔｒｎｙｔｍａｅｎＺｉＢｅｅｈｏｏｙｉｒｐｓｄｅｓｓｅｄｓｇｔｏｔｈ
ｃｍｐｔｒＡｎｈｓｉｆｒｔｏｓｐｏｅｓｄａｄｄｓｌｙｄｏｏｔｃｍｐｔｒＢｅａｓｆＺｉＢｅｔｃｎｌｇｏｕｅ．ｄｔｉｎｏｍａｉｎｉｒｃｓｅｎｉｐａｅｎｈｓｏｕｅ．ｃｕｅｏｇｅｅｈｏｏｙ，ｔｅｓｓｅｈｙｔｍ

智能家居环境监测系统设计与实现

智能家居环境监测系统设计与实现智能家居是指在智能化、自动化、信息化的基础上利用传感器网络等进行数据传输，实现家居电器的智能控制，随着4G网络的快速发展，智能家居的及时出现为人们享受生活提供了一个更好的选择。

一、智能家居环境监测系统总体设计基于ZigBee无线通信技术构建的室内环境监测系统主要实现室内温度、氧气、一氧化碳、二氧化硫、湿度、甲烷和二氧化碳含量等家居环境的检测，其次是监测生活用水、用电和用气的安全性和用量，三是监测室内各种生活家电的状态等。

系统设计中，基于ZigBee的传感器节点将室内环境信息发送到无线传感器网络的汇聚节点，通过ARM微处理器实现嵌入式编程，然手通过ARM微处理器和ZigBee汇聚节点实现有效的网络串行通信。

通过该系统，采集室内环境信息、输入操作命令、输出操作结果、集中控制室内环境、远程控制家用电器、联动控制室内安防系统等功能。

二、智能家居环境监测系统详细设计2.1室内环境信息采集功能通过部署在室内的传感器节点，实现无线传感器网络的室内环境信息采集，以便能够将室内温度、湿度、氧气、二氧化碳、一氧化碳、二氧化硫、甲烷及生活用水和生活电气等相关信息传递到系统中。

信息采集和感知是室内环境系统最基本的功能，需要将传感器节点进行良好的部署和优化，以便在最小能量耗费下实现节点的全方位覆盖。

2.2 室内环境信息传输功能传感器节点采集相关的网络信息后，通过4G网络传输到ZigBee汇聚节点，汇聚节点将多个传感器节点信息传输到室内监测系统的服务器，以便服务器进行处理。

信息传输过程中，为了实现高效数据传输和分发，需要将数据进行压缩和存储，实现传感器网络的聚簇作用，同时为了降低传感器网络的通信开销、平衡节点间负载，需要对传感器网络节点和传输节点进行设计。

2.3 室内环境信息处理功能数据传输到服务器后，环境监测装置负责处理采集到的数据信息，发现相关的信息超过用户设置的预警值，则传感器检测装置通过4G通信网络以短信或数据通信的方式通知用户，同时将收集的信息存储到服务器数据库中。

基于ZigBee技术的室内环境监测系统设计

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。

基于Zigbee的室内环境监测系统设计研究

基于Zigbee的室内环境监测系统设计研究作者：汪雷来源：《江苏理工学院学报》2018年第02期摘要：建筑物具有房间多、范围广的特点。

为了方便用户能够直观的了解室内环境信息，系统设计了地图管理模块。

环境监测系统由监测中心和传感器网络组成，传感器采集室内环境的信息通过无线的方式把数据发送到终端节点，终端节点通过串口把数据传送至监控中心，再进行数据的分析。

给出了系统的功能设计，数据库设计，软件设计。

关键词：无线传感器；监控系统；数据库中图分类号：X830.7 文献标识码：A 文章编号：2095-7394（2018）02-0014-06随着我国的经济发展和科学技术水平的提高，人们对于学习、生活环境的安全性、舒适性要求日益增长，尤其是对室内环境质量的更是严格。

在日常生活中，通常要求一个温度适宜的环境。

因此，有必要了解室内的实时温度、湿度、煤气的浓度，以便于进行一定调节。

从而减少由于环境因素的超标对人体造成的伤害。

传统的室内环境监控系统所需的设备较多，布线复杂，可靠性低，抗干扰能力差，日常管理和维护的费用高。

物联网技术可以解决这个问题。

物联网是在互联网基础上延伸和扩展的网络，是通过信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

ZigBee 技术是物联网的核心技术之一，是近年来发展起来的一种近距离无线通信技术。

ZigBee 技术以其低功耗、易组网、低成本、短时延、高容量、高安全等优点在智能家居应用中受到广泛关注。

基于此本文设计了运用ZigBee技术的监测系统。

1 系统框架整个系统由监控中心和Zigbee传感器网络组成如图1所示，ZigBee 网络通常由三个节点构成：协调器（ Coordinator）节点、路由器（ Router）节点、传感器（ End Device）节点。

[1]协调器节点是整个网络的核心，负责网络的启动、配置和管理。

基于Zigbee技术的农作物温室大棚监控系统的设计和实现

参考内容
一、引言
随着科技的不断发展，智能化监控系统在许多领域得到了广泛的应用。特别是在农业领域，温室大棚监控系统的应用对农作物的生长和产量有着重要的影响。 ZigBee作为一种低功耗、低成本、高可靠性的无线通信技术，为农业温室大棚监控系统的设计与实现提供了新的解决方案。
二、系统设计
基于ZigBee的农业温室大棚监控系统主要包括传感器节点、ZigBee协调器、数据传输模块和上位机软件。
二、技术ห้องสมุดไป่ตู้述
Zigbee是一种基于IEEE 802.15.4标准的低速无线个人区域网络通信技术。它具有低功耗、低成本、高可靠性、大容量等特点，非常适合于智能家居、工业自动化、农业等领域。在农作物温室大棚监控系统中，Zigbee技术可实现传感器数据的实时采集、设备控制以及数据传输等功能。
三、系统设计
四、系统实现
1、部署方案
在温室大棚内，根据需要布置温度传感器、湿度传感器、光照传感器和CO2 传感器，并将传感器数据通过Zigbee模块传输到监控中心。监控中心部署有接收器和显示设备，方便工作人员实时监测大棚环境参数。
2、操作方法
工作人员可通过监控中心的显示设备实时查看各个温室大棚的环境参数。根据需要，可通过监控中心对温室大棚进行控制，如调整通风设备、灌溉系统等。同时，监控中心可对历史数据进行记录和分析，以便更好地了解农作物生长情况和优化温室环境。
2、网络构建
基于Zigbee技术的温室大棚监控系统采用星型网络结构。每个温室大棚作为一个独立的网络节点，节点上布置有多个传感器和Zigbee模块。通过Zigbee模块将传感器数据传输到监控中心，监控中心通过显示界面展示环境参数。
3、数据传输
系统采用无线传输方式，通过Zigbee模块将传感器数据传输到监控中心。数据传输采用UDP协议，具有较低的延迟和较高的可靠性。同时，监控中心可对各个温室大棚的环境参数进行实时监测，并根据需要对大棚环境进行调整。

基于Zigbee的无线监测系统设计与实现

地扩大监测范围；先进的嵌入式微处理器可以扩展丰富的外
设。系统设计方案如图１所示。监测数据经多跳路由汇集到
嵌入式网关，网关负责将数据存储到数据库中并显示出来，该
大容量存储卡可以保存长达几年的数据。通过Ｉｔｒｅｎｅｎｔ或
以确保生产安全、经济、有效地进行。但现有的环境监测系
括系统运行必需的微处理器、Ｆａｈ和ＳＲｌｓＤＡＭ等，有引脚所通过插座引出，用于扩展外设。扩展板根据功能需求，扩展
统有据存储量小，无法远程访问。因此，开发一
第３６卷第５期
ＶＬｏ３６
・
计
算
机
工
程
２１００年３月
Ｍａｒｈ０１ｃ２０
Ｎｏ５．
ＣｏｐｕｅｍｔｒＥｎｇｎｅｒｎｇｉｅｉ
工程应用技术与实现・
文章编号：ｌｏ４８００５０４— ２文献标识码：ｏ —３２（１０— ２３００２）Ａ
中围分类号：９５Ｎ４
基于Ｚｇｅｉｂｅ的无线监测系统设计与实现
吕西午，刘开华，赵岩
（天津大学电子信息工程学院，天津３０７）００２
摘
要：设计一个基于Ｚｇｅ的无线监测系统。该系统通过在监测区域部署Ｚｇｅ网络，将监测数据集到嵌入式网关，实现统一的数ｉｅｂｉｅｂ
ｍｏｉｏａａｉｍｂｄｅａｅｙｔｅｌｅｕｉｉｄｄｔｎａｅｎｔｕｅｓｒｍｏｅａｃｓｎｄｒｕｉｇｍｏｉｏｕｎｔｏｆＺｉｂｅｎｔｏｋｈｎｔｒｄｔｎｅｅｄｄｇｔｗａｏｒａｉｎｆｅａａｍａｇｍｅ，ｓｒ ’ ｅｔｃｅｓａｏｔｎｔｒｆｃｉｎｏｇｅｅｗｒ．Ｔｅｚｎｒａｉａｉｎｏｈｒｗａｅａｄｓｆｗａｅｉｐｅｅｔｄｉｃｕｉｇｄｔａｅｆｒｔｎｄｈｗｏｐｏｒｍｅｗｉｅｅｓｎｄｓａｄｃｏｄｎｔｒｅｌｔｏｆａｄｒｎｏｚｔｒｓｒｓｎｅ，ｎｌｄｎａａｆｍｏｍａｏｔｒｇａｔｒｌｓｏｅｎｏｒｉａｏｌａｈ

基于ZigBee的设施农业环境监测系统的设计与实现

中图分类号Ｔ２７文献标识码Ｐ７Ａ文章编号１７－３１２１）ｌ０８－５６２４２（０２０－０８０
ＤｅｉｎａｄＩｐｅｅａｉｎｏｇｅｂｓｄＥｎｉｏｓｇｎｍｌｍｎｔｔｏｆＺｉＢｅａｅｖｒｎｍｅａｎｔｌ
ＭｏｉｏｉｙｔｍｏｃｌｔｒｃｔｅｎｔｒｎｇＳｓｅｆｒＦａｉｙＡｇｉｕｌｕｒｉ
Ｃｈｕｙｎｎｏｇ，ＮｉｅｕＬｉ
（ｏｅｅｏＥｅｔｎｃａｄＩｆｒａｏｎｉｅｒｇＳｕｈＣｎｒｎｖｒｔｆａｉａｉｅ，ｈｎ４０７，ｈｎ）ＣｌｇｆｌｒｉｎｎｏｍｔｎＥｇｅｉ，ｏｔ — ｅｔｌｉｅｓｙｏＮｔｎｌｉＷｕａ３０４ＣｉａｌｃｏｉｎｎａＵｉｒｏｔｓ
ｔｒｎａｉｑｕｐｅｔｈｉｐｒｍｅｅｅｏｓｆｒｌｇｔｅｅａｕｒｅｍｉｌｓｅｉｐｄｗｉｈｍｕ — ａａｔｒｓｎｓｒｉｈ，ｔｍｐｒｔｅ，ｍｏｓｕｅ，ｇｓ，ｐＨｎｃｕｒｎｏｄｅｏｇｔｔｏｉｔｒａａｄｐｉｔｅｉｒｒｔｅｈｅｗｈｏｅｉｆｒａｉｎｏｎｖｒｎｌｎｏｍｔｏｆｅｉｏｍｅｎｎｒｐｓａｕｓＩｔｋｓａａａｅｏｈｅｓｒＴＤＭｅｈｎｌｙａｄｔｅｓｌｒｌｃｒｃｔｔａｄｃｏｔｔ．ｔａｅｄｖｎｔｇｆｔｅｓｎｏｔｃｏｏｇｎｈｏａ，ｅｅｔｉｉｙａｄｂｔｒｅｅ— ｓｄｓｒｏｒｓｓｅｔｅｃｎｅｇｏｕｎａｔｙｑｕｕｂａｅｍａｔｐｗｅｙｔｍｏｒｄｕｅｅｒｃｎｓｍｐｔｏｎｃｅｅｄｖｒｉｙｏｏｒｓｐｐｙ．ＡｅｓｒｅｙｉｎａｄａｈｉｖｉｅｓｔｆｐｗｅｕｌｒＳｎｏｎｗｏｋｇｔｗａｔｔｎｅｆｃｓｏａｄＩｔｒｅｓｄｓｇｅｏａｈｅｅｔｅｇａｆｌｃｌｄｔｏｌｃｉｎｄｒａｅｔｒａｅｙｗｉｈｂｏｈｉｔｒａｅｆ３Ｇｎｎｅｎｔｉｅｉｎｄｔｃｉｖｈｏｌｏｏａａａｃｌｅｔｏｎａｄｗｉｅａｅ

基于ZigBee技术的室内环境监控系统的设计

２系统组成与工作原理
ＺｉｇＢｅｅ是基于ＩＥＥＥ８０２．１５．４标准的短距离、低速率无线网络通信技术。该技术解决了低成本、低功耗、低复杂度、低传输速率、近距离设备的联网应用等问题，主
要用于无线传感器网络和测量控制方面。Ｊ。
ＺｉｇＢｅｅ提供了网络层（ＮＭＫ：Ｎｅｔｗｏｒｋ）
和应用层（ＡＰＬ：ＡｐｐＩｉｃａｔｉｏｎＬａｙｅｒ）框架
的设计］。在网络层中，ＺｉｇＢｅｅ联盟制订
星型、树型和网型三种拓扑结构＿３】，其网络
室内环境监测位置点上，主要完成环境数
据的采集、预处理和上传等工作，同时还
能自动完成网络探测、加入等功能。中央
监控端由ＺｉｇＢｅｅ网络协调器、ＧＰＲＳ模块、
声光报警器、平板电脑组成，主要实现传
解决方案。
本文设计的室内环境监控系统基于
ＺｉｇＢｅｅ无线组网技术，主要由传感器节点、
中央监控端和控制单元组成，其系统结构如
图１所示。ＺｉｇＢｅｅ无线传感器节点分布于
感器节点环境探测信息的接收、处理、显示、
６２智能建筑与城市信息２１３年第９期总第２０２期

基于ZigBee技术的监控系统设计的开题报告

基于ZigBee技术的监控系统设计的开题报告一、选题背景目前随着社会的发展，人们对居住、工作和生活环境的要求越来越高，以致于对于室内空气质量、温度、湿度、光照等环境参数的监控变得愈发重要。

而基于 ZigBee 技术的监控系统可以通过低功耗、低数据传输速率等特点来满足室内环境监控的需求，具有广泛的应用前景。

二、研究内容本课题将基于 ZigBee 技术设计一种室内环境监控系统，实现以下功能：1.监测室内温度、湿度、氧气含量、PM2.5、CO2、光照等环境参数；2.通过 ZigBee 网络将所监测的环境参数传输到中央控制器；3.中央控制器将接收的数据进行处理和分析，反馈给用户。

如果环境参数超出规定的范围，监控系统将发出警报。

三、研究意义本课题设计的 ZigBee 监控系统可以有效地监控室内环境参数，对于实现智能家居、智能办公室等应用场景具有十分重要的意义。

通过实现智能环境监控，可以有效提升室内环境的质量，降低室内环境对健康造成的潜在危害，并且可以有效地降低能源的浪费，减少环境压力。

四、研究方法1.确定监控系统所需的环境参数、监测范围和精度要求；2.选用 ZigBee 技术实现环境参数的采集与传输，选用传感器和模块进行硬件的设计和实现；3.设计中央控制器，实现数据处理、存储和报警功能，实现用户界面设计与开发；4.进行实验测试，验证所设计的监控系统在硬件和软件方面的可行性和可靠性。

五、预期成果1.基于 ZigBee 技术实现的环境参数采集与传输系统；2.中央控制器的硬件和软件设计与开发，包括数据处理、存储和报警功能的实现；3.用户界面设计与开发；4.监控系统的测试报告和使用手册。

六、研究计划1.前期准备（1个月）：明确研究目标和研究内容，并开展相关背景调查和采购工作；2.系统设计（2个月）：包括硬件和软件系统设计，及用户界面的设计和开发；3.系统实现（3个月）：包括硬件和软件系统的实现与测试，及用户界面的调试；4.系统测试（1个月）：进行系统测试和性能评估；5.论文写作（1个月）：包括论文的撰写、修改和打印。

基于ZigBee的智能家居监测控制系统的设计

基于ZigBee的智能家居监测控制系统的设计一、本文概述随着科技的不断进步和人们生活水平的提高，智能家居的概念逐渐深入人心。

智能家居通过集成先进的通信技术、控制技术、传感器技术等多种技术，实现了家庭环境的智能化管理和控制。

其中，ZigBee 技术作为一种低功耗、低成本、低复杂度的无线通信协议，在智能家居领域具有广泛的应用前景。

本文旨在探讨基于ZigBee技术的智能家居监测控制系统的设计，旨在为读者提供一个全面、系统的了解，并希望为智能家居领域的发展提供一些有益的参考。

本文首先介绍了ZigBee技术的基本原理和特点，包括其通信机制、网络拓扑结构以及优势等。

然后，文章详细阐述了基于ZigBee 的智能家居监测控制系统的总体设计方案，包括系统架构、硬件选择、软件设计等方面。

接下来，文章将重点介绍系统中的各个功能模块，如环境监测模块、安防监控模块、家电控制模块等，以及它们之间的协同工作机制和实现方法。

本文还将对系统的性能和稳定性进行分析和测试，以验证设计的可行性和有效性。

文章将总结整个设计过程中的经验教训，并对未来的发展方向进行展望。

通过本文的阅读，读者可以深入了解基于ZigBee的智能家居监测控制系统的设计理念、实现方法和应用前景，为相关领域的研究和开发提供有益的参考和借鉴。

二、ZigBee技术概述ZigBee是一种基于IEEE 4标准的低功耗局域网协议，主要用于近距离无线通信。

其名称源自蜜蜂的“ZigZag”舞蹈，寓意着该技术在通信中的灵活性和高效性。

ZigBee技术专为低数据速率、低功耗、低复杂度和低成本的应用场景设计，因此在智能家居监测控制系统中具有广泛的应用前景。

ZigBee技术的核心优势在于其低功耗和低成本。

由于其采用了休眠机制，设备在不进行数据传输时可以进入低功耗的休眠状态，从而显著延长了设备的使用寿命。

ZigBee网络的构建成本相对较低，使得其成为智能家居领域理想的通信协议之一。

在智能家居监测控制系统中，ZigBee技术可以实现设备间的无线连接和数据传输。

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Computer Science and Application 计算机科学与应用, 2016, 6(9), 515-522 Published Online September 2016 in Hans. /journal/csa /10.12677/csa.2016.69064文章引用: 高刃. 基于ZigBee 的环境监测系统的设计与实现[J]. 计算机科学与应用, 2016, 6(9): 515-522.Design and Research of Environmental Monitoring System Based on ZigBeeRen GaoCollege of Information Engineering, Hubei University of Economics, Wuhan HubeiReceived: Sep. 2nd , 2016; accepted: Sep. 17th , 2016; published: Sep. 22nd , 2016Copyright © 2016 by author and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractWith rapid development of the society, people pay more attention to the quality of lives, especially the environmental conditions: the weather phenomenon as the haze and mist and PM2.5. As the hottest wireless communication technology, ZigBee-based environmental monitoring system is designed and discussed in this paper. From the perspectives of technical research and practical application, it elaborates the design of the environmental monitoring on the cost-effective Chip CC2530, which implements a variety of functions including data collection, data transmission through ZigBee, data processing through Web Server and data monitoring through intelligent terminal.KeywordsZigBee, Z-Stack, Environmental Monitoring, Internet of Things, Sensor基于ZigBee 的环境监测系统的设计与实现高刃湖北经济学院信息工程学院，湖北武汉收稿日期：2016年9月2日；录用日期：2016年9月17日；发布日期：2016年9月22日摘要随着社会不断的发展，人们对生活质量要求越来越高，特别对人们生存环境的关注，如当前最关注的雾高刃霾现象和PM2.5。

这些加剧人们对居住环境关注。

本文结合当今最炙手可热的无线通信技术ZigBee，实现了基于ZigBee技术的环境监测系统。

该系统从实际应用的角度出发，使用当前高性价比的CC2530芯片，设计出整套环境监测方案，该方案使用各种传感器采集数据，使用ZigBee节点传输数据，最后通过Web服务器对数据继续处理，并能通过智能终端查看和控制。

关键词ZigBee，Z-Stack，环境监测，物联网，传感器1. 引言当前，环境问题是一个全球都关注的热门话题，和人们的生活息息相关。

无线传感网络是大量静止或者移动的传感器以某种方式构成的无线网络，把其网络监测的区域各种有用的环境信息通过采集、传输和处理，最后对这些信息进行分析应用。

本文基于ZigBee技术[1]，设计出的无线传感网络能够部署在监测区域，通过无线通信的方式构成了一个多跳自组织网络，监测周围的环境信息，并将信息实时传递到终端。

2. 基于ZigBee的无线通信技术2.1. ZigBee无线通信协议ZigBee是符合IEEE 802.15.4规定的短距离无线通信协议，它的通信参考模型如图1所示。

ZigBee 协议的底层是遵循IEEE 802.15.4标准的物理层和MAC组成，ZigBee联盟[2]在此基础上又增加了网络层和应用层。

(1) 应用层：ZigBee协议的应用层可以为在同一网络的不同设备之间提供数据传输服务，发现设备并绑定设备。

(2) 网络层：ZigBee协议中，网络层主要负责网络管理、路由管理、报文以及网络安全管理等任务。

(3) MAC层：MAC层主要负责对物理的信道的访问。

(4) 物理层：物理层主要负责控制无线收发器的激活和关闭，选择信道的频率，发送和接受数据等等[3]。

2.2. ZigBee拓扑结构ZigBee无线网络结构可以分为星形、树形和网状[4]。

其中全能设备(FFD)在三种网络中承担协调器的作用，管理网络中的其它网络节点。

简化设备(RFD)则只是作为普通网络节点，在网络中与RFD或FFD 间进行通信。

(1) 星形拓扑，星形拓扑网络结构的中心节点必须由协调器构成，其它节点则可以说终端设备或路由器，协调器作为整个网络的核心。

(2) 树形拓扑，典型的ZigBee的树形拓扑网络由协调器、路由器和终端设备组成，不需要每个每一个网络节点都和协调器相连，可通过点节点与协调器之间的路由器的路由功能进行通信。

以路由器的方式扩大这个网路的覆盖范围。

(3) 网状拓扑，网状拓扑较为复杂，但同时设计起来，灵活性高，在整个网络中，路由器作为一个很重要的节点，可以根据需要自动创建并维护网络路径，可以和任何节点之间镜像通信，帮助附近的节点传递数据。

2.3. Z-Stack协议栈Z-Stack协议栈的实现方式是采用分层的思想，分为物理层、介质访问控制层、网络层和应用层。

本设计采用TI公司推出的Z-Stack协议栈，如图2是用IAR软件打开的Z-Stack协议栈的目录。

高刃Figure 1. ZigBee reference model for communications图1. ZigBee的通信参考模型Figure 2. Z-Stack protocol stack project图2. Z-Stack协议栈工程(1) App：应用层目录；(2) HAL：硬件层目录；(3) MAC：MAC层目录；(4) MT：监视测试目录；(5) NWK：网络层目录；(6) OSAL：协议栈的操作系统抽象层；(7) Profile：AF层的目录；(8) Security：安全层的目录；(9) Services：地址处理函数目录；(10) Tools：工程工具的配置目录；(11) ZDO：ZDO目录；(12) ZMac：ZMac目录；(13) ZMain：整个协议栈的主函数目录；(14) Output：输出文件的目录。

在Z-Stack 协议栈中使用了操作系统的概念，即框架目录中的OSAL层。

OSAL采用的是时间片轮转的方法去实现多任务的切换，以此实时处理各种任务。

Z-Stack是基于操作系统设计的，以事件机制加时间片轮询的进行工作构建的。

Z-Stack协议栈以ZMain 目录中main函数入手，可以看出整个main函数首先进行了相关硬件的初始化已经APP应用的初始化，在初始化完成后，就进行时间片轮询，等待事件发生，然后调用相应的处理函数，完成相应的操作。

整个Z-Stack协议栈工作流程如图3。

首先是进行各项初始化，包括初始化系统时钟、检查芯片的工作电压、初始化并配置相应定时器等等；完成系统初始化后就开始进入操作系统的循环等待事件发生。

Z-Stack是基于OS进行运作的，每个事件都有相应的初始化函数和处理事件函数，如开发者会用到的GenericApp_Init(taskID)，其中参数taskID是Z-Stack根据其优先级分配的ID号，对应的数值越小，则优先级越高。

3. 环境监测系统的系统设计整个系统分为四大部分，分别是终端部分、Web服务器部分、无线通信部分和传感器部分。

整个系统首先通过传感器部分对传感器进行设置并对数据进行采集；接着在无线通信部分就可以将数据按照一高刃Figure 3. Z-Stack system flow chart图3. Z-Stack系统工作流程图定网络拓扑路径，从终端节点出发，最终传送到协调器节点，协调器在接到数据后，通过串口将数据上传到PC机；在Web服务器这部分，调用Linux系统下读写串口函数，对协调器上传的数据进行读取，并调用文件读写函数处理数据，存放在本地数据库；在终端这部分，可以对数据进行管理、查询并做出相应的环境预报，同时可以方向发生控制信号对传感器部分进行远程控制[5]。

图4是系统的整体方案。

硬件模块采用TI公司提供的CC2530。

CC2530是用于2.4 GHz的IEEE 802.15.4 ZigBee等技术的SoC 解决方案。

在建立大范围的网络节点时，为其解决成本。

在本设计中，是增强型CC2530单片机为核心，组建具备数据采集、数据通信功能的无线传感网络[6]。

3.1. 采集节点采集节点硬件模块主要由CC2530和各类传感器(如温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器和气压传感器等等)以及电源模块组成，如图5所示。

采集节点在网络结构中定位为终端节点，长时间工作在野外环境，具有超低功耗的运行模式，一般采用普通的5号电池就可以在野外工作6~24个月。

3.2. 路由器节点和协调器节点协调器和路由器模块的硬件基本相同，均是采用CC2530作为整个电路的核心。

需要区别的是，协高刃Figure 4. System scheme图4. 系统整体方案Figure 5. Collection nodes图5. 采集节点调器会通过串口将接收到的数据发送给PC机，PC机则通过串口读写软件显示收到的数据。

如图6为路由器节点和协调器节点。

4. 环境监测系统的软件设计4.1. 软件模块整个软件部分由底层协议Z-Stack协议栈、Linux系统下Web服务器和手持终端组成，手持终端上运行Android系统[7]。

基于ZigBee的环境监测系统的设计与实现

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