基于ZigBee的车间环境监测系统的设计

基于ZigBee的环境检测系统设计董胜;刘蓉;许琼文【期刊名称】《中国新通信》【年(卷),期】2014(000)008【摘要】环境检测系统主要由传感检测网络、网关、服务器以及终端应用组成。

传感检测网络基于ZigBee协议，由分布于各个待检测区域的环境检测节点组成。

传感器节点分为父节点和子节点，上电后父节点建立的网络，子节点加入网络。

经测试，子节点可向父节点周期性地上传环境数据。

用户通过手机或平板电脑接入移动网络随时掌握被测网络的环境信息。

%Environment detection system is mainly composed of sensing monitoring networks, gateways, the servers and terminal applications. Sensing monitoring network is composed of environmental detection node distributing in each area which is to be detected based on the ZigBee protocols. Sensor nodes can be divided into parent and child nodes. The parent nodes set up the network and the child nodes join the network when power is on .Child nodes wil upload the environmental data to the parent nodes periodically. Users who have a mobile phone or a tablet can access to the network to get the environmental information of the network which is being detected at any moment.【总页数】4页(P102-104,105)【作者】董胜;刘蓉;许琼文【作者单位】华中师范大学;华中师范大学;华中师范大学【正文语种】中文【相关文献】1.基于ZigBee实时水文环境检测系统设计 [J], 孙文胜;丁悦波2.基于ZigBee与GPRS技术环境数据检测系统设计 [J], 潘骁;闭金杰;林斌;王勋3.基于ZigBee技术的家居智能化环境状态数据检测系统设计 [J], 杨小来4.基于Zigbee的仓库环境检测系统设计 [J], 杨建卫;任晓莉5.基于ZigBee技术的博物馆藏品微环境检测保护系统设计与实现 [J], 王长清;岳新伟因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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技术的无线环境监测系统的毕业设计目录引言 (1)1 绪论 (2)1.1 研究背景及现状 (2)1.2 研究目的及意义 (2)1.3 开发工具的选择 (2)2 硬件系统设计 (4)2.1 设计原则 (4)2.2 硬件系统结构 (4)2.3 数据采集模块 (6)2.4 串口通信模块 (8)2.5 相应供电模块 (9)3软件系统设计 (11)3.1 设计原则 (11)3.2 软件系统结构 (11)3.3 上位机监控软件设计 (11)3.4 单片机软件设计 (11)3.6 zigbee网络节点软件设计 (14)3.7 串口软件设计 (15)4 系统测试与实验结果分析 (17)4.1 软件编译与烧写 (17)4.2 软件测试 (17)4.3 硬件测试 (17)4.4 温湿度传感器节点测试结果分析 (17)致谢...................................... 错误！未定义书签。

参考文献 (20)科技外文文献 (1)附录A：源程序代码 (28)附录B：系统使用说明 (33)引言环境监测的主要目标是通过检测环境变量参数及变化趋势的数据，判断环境质量，评价当前主要环境问题，为环境管理服务。

环境监测是科学管理环境和环境执法监督的基础。

环境监测是环境保护必不可少的基础性工作，是环保部门的立身之本。

通过环境监测可以搞清楚污染物种类和分布状况，明确污染途径，预测污染变化趋势，预警可能出现的环境问题。

环境监测根据环境管理的需要来测定、获取、解释、运用数据。

环境监测还可作为环境执法监督的技术基础和技术仲裁，为环境管理决策、环境规划、实施总量控制、排污收费、环境指标考核、环境工程、监视污染源排污和评价治理措施及效果验收服务。

在经历了环境监测是环境保护的“眼睛”、“哨兵”、“基础”、“重要支柱”的认识过程后，现在明确提出基于无线网络的环境监测是“一项政府行为”，体现了对环境监测重要性认识的深化。

0 引言本文采用ZigBee 无线传感网络技术，与各种传感器技术相结合，来实现对环境数据的监测和采集，为环境保护提供有效的参数。

系统的硬件包括传感器模块、ZigBee 模块和接收模块，其中终端传感器模块可以选择温度、湿度等传感器，监测和采集相应的环境数据；ZigBee 模块是以CC2530芯片为平台，系统的通信部分采用ZigBee 协议。

1 系统方案图1 无线环境监测系统方案本方案可以实时监测某特定环境中的空气质量、温度和湿度，为环境控制和管理提供准确的数据。

其中传感器模块采用了温度、湿度两种适用于环境监测的传感器作为无线网络的传感器节点，可以将这些传感器节点分布在室内或室外环境中的各个角落。

将这些传感器节点收集到的环境数据信息通过软件编程传输给下位机的CC2530芯片，CC2530芯片之间通过ZigBee 协议进行数据传输，最后将上位机的CC2530芯片接收到的数据通过软件编程在PC 机的显示屏上显示出来并进行记录分析，以便于环境监测和保护。

2 系统硬件设计本次设计的环境数据监测系统中，因为使用的具体传感器不同而有不同的传感器节点和不同的数据传输方式，本文的传感器模块均以温湿度传感器（DHT11）为例，它相当于整个系统的终端节点；无线通信模块采用的是CC2530开发板，其核心芯片是TI本文为西安职业技术学院2018年度科技项目“物联网技术在空气净化系统中的应用研究”的部分研究成果。

项目编号图2 系统硬件结构框图图3 系统软件整体流程图[1]陈玲.赵建夫.环境监测[M].北京:化学工业出版社,2004:13-15.[2]李明亮.蒙洋.康辉英.例说ZigBee[M].北京航空航天大学出版社,2013:12-16.[3]周怡廷.凌志浩.吴勤勤.ZigBee 无线通信技术及其应用探讨[J].自动化仪表,2005,26(6):5-9.[4]Akyildiz LF.Su WL.Sankarasubramaniam Y,etal.Asurvey on sensor Networks.[J].IEEE Communications Magazine,2002,40(8):102-114.[5]王小强.欧阳骏.黄宁淋.ZigBee 无线传感器网络设计与实现[M].化学工业出版社,2012:36-37.起进行了联调测试，结果显示系统运行正常并且各项参数符合指标要求，项目成功验收。

由协议，并且还具有普通网络层所拥有的功能，但是就功耗来说，还是与数据链路层和物理层不相上下的。

由于应用层可以依据用户所提出的要求进行开发，因而其组网的形式十分灵活。

Ｚｉｇｂｅｅ规范就逻辑设备的问题定义了Ｚｉｇｂｅｅ终端设备（Ｚｉｇｂｅｅｅｎｄｄｅｖｉｃｅ）、Ｚｉｇｂｅｅ路由器（ＺｉｇｂｅｅＲｏｕｔｅｒ）和Ｚｉｇｂｅｅ协调器（ＺｉｇＢｅｅＣｏｏｒｄｉｎａｔｏｒ）三种逻辑设备。

在上述三种设备中Ｚｉｇｂｅｅ终端设备可以是ＦＦＤ也可以是ＲＦＤ，而Ｚｉｇｂｅｅ协调器和Ｚｉｇｂｅｅ路由器只能是ＦＦＤ。

Ｚｉｇｂｅｅ终端设备功能很简单，只是对数据进行接收和发送；Ｚｉｇｂｅｅ路由器负责通信路径的选择和转发；而Ｚｉｇｂｏｅ协调器对网络具有发起、组建和管理等功能，它对运算处理和存储容量的要求能力很高。

１．３本文主要研究内容本文所研究的内容主要包含了两个方面的内容，第一是现场监测系统的软件和硬件设计；二是远程监控中心软件设计，主要细节可以归纳为以下几个方面：１．总体系统方案的设计。

对系统功能和技术指标进行分析，设计系统的总体结构，画出结构框图。

并对系统的各单元电路所需器件进行选型。

本文以低功耗为原则，选用高性价比的嵌入式系统和Ｚｉｇｂｅｅ模块。

２．现场监测硬件系统设计。

设计无线数据采集模块和主控制器外围电路、各传感器接口电路、电源电路，画出电路原理图。

３．现场监测软件系统设计。

对无线数据采集模块主程序软件流程进行设计，给出软件流程图；主控制器中应用程序的设计、Ｌｉｎｕｘ操作系统驱动程序的安装、Ｚｉｇｂｅｅ协议栈和程序驱动的实现等。

４．远程监控中心的软件设计。

实时监控界面和历史数据管理界面的设计都是建立在以ＶＣ＋＋为中心的开发管理软件的基础之上，并建立监测数据库，对数据进行查询、管理。

图３．１６ＣＳ８９００Ａ接口电路图Ｆｉｇ．３－１６ＩｎｔｅｒｆａｃｅｃｉｒｃｕｉｔｏｆＣＳ８９００Ａ退出登记函数：ｕｎｒｅｇｉｓｔｅｒ—ｃｈｒｅｖ（）和ｄｅｖｆｓ—ｕｎｒｅｇｉｓｔｅｒ（）。