基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用

崔艷茹 齊子豐

摘要

為監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室倉庫溫度、濕度、酸度等，以確保實(shí)驗(yàn)室安全采用ZigBee技術(shù)進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測。第一步進(jìn)行系統(tǒng)需求分析，分析了系統(tǒng)包含功能為：數(shù)據(jù)監(jiān)測、設(shè)備控制等。第二步進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，使用CC2530芯片作為無線傳輸設(shè)備最終將系統(tǒng)應(yīng)用到倉庫監(jiān)測中，結(jié)果表明所開發(fā)系統(tǒng)滿足需求。

【關(guān)鍵詞】ZigBee技術(shù) 溫度 酸度

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了無線傳感器，將該元器件組合成一個(gè)網(wǎng)路形成一個(gè)能夠傳輸信息的網(wǎng)絡(luò).與傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比該技術(shù)具有功耗低、成本相對(duì)低一級(jí)維護(hù)難度低等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到實(shí)際中。ZigBee屬于短距離無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，較適合于網(wǎng)絡(luò)通信之間數(shù)量不大、傳輸數(shù)據(jù)不大的網(wǎng)絡(luò)，具有穩(wěn)定性好、成本低、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。本文提出使用ZigBee技術(shù)對(duì)環(huán)境溫度、濕度進(jìn)行監(jiān)控。采用C#語言編寫上位機(jī)程序?qū)⒉杉瘮?shù)據(jù)存儲(chǔ)在MYSQL數(shù)據(jù)庫中，實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境監(jiān)測。

1 系統(tǒng)需求分析

ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測環(huán)境主要是實(shí)驗(yàn)室?guī)齑姝h(huán)境.監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)滿足如下功能。

（1）監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室的溫度、濕度、酸度、煙霧濃度等。

（2）監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室?guī)齑嬷械脑O(shè)備是否正常運(yùn)行。

（3）監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室是否有外來人員入侵、火災(zāi)預(yù)警、煙霧報(bào)警等。

（4）系統(tǒng)應(yīng)具有預(yù)警功能。如圖1為系統(tǒng)總體用例圖。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室?guī)旆凯h(huán)境監(jiān)測需求，使用ZigBee技術(shù)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測，通過無線傳輸將輸入發(fā)送到服務(wù)端，在服務(wù)端發(fā)送指令可進(jìn)行設(shè)備控制。整個(gè)過程中需要配置路由器進(jìn)行無線轉(zhuǎn)發(fā)。如圖2為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。倉庫監(jiān)測管理系統(tǒng)中由多個(gè)ZigBee環(huán)境傳感器將監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇刂贫?倉庫設(shè)備建立了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行設(shè)備監(jiān)控。系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖3所示。

ZigBee無線傳感器監(jiān)測系統(tǒng)中包含的功能有：設(shè)備監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測以及其它功能。在設(shè)備監(jiān)測中包含的功能有：安防設(shè)備控制、倉庫設(shè)備控制、安防設(shè)備監(jiān)測、倉庫設(shè)備監(jiān)測;環(huán)境監(jiān)測中包含的功能有：溫度監(jiān)測、濕度監(jiān)測、酸度監(jiān)測、煙霧監(jiān)測。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)中硬件包含：無線傳輸、設(shè)備、溫度監(jiān)測設(shè)備、濕度監(jiān)測設(shè)備、酸度監(jiān)測設(shè)備、煙霧監(jiān)測設(shè)備以及設(shè)備控制器等。無線傳輸設(shè)備芯片使用CC2530，該芯片支持IEE802.15.4ZigBee協(xié)議。對(duì)于傳感器節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)之間的通信使用天線進(jìn)行收發(fā)。天線使用了晶振電路能夠給CC2530提供時(shí)鐘信號(hào)。環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中包含了溫度、濕度、酸度等監(jiān)測器，溫度傳感器使用DS18B20傳感器、酸度傳感器使用SZ2120、煙霧傳感器使用MQ135。為方便PC機(jī)與傳感器連接，系統(tǒng)使用了串口進(jìn)行通信，串口芯片為CH430。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要功能是數(shù)據(jù)采集和控制。通過串口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C端，PC端根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的控制。文章主要進(jìn)行協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)和傳感器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)。

4.1 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的軟件設(shè)計(jì)

協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)的功能是管理ZigBee網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)是否加入網(wǎng)絡(luò)以及對(duì)發(fā)送數(shù)據(jù)管理，通過串口以及路由器傳輸?shù)絇C端存儲(chǔ)。如圖4為協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)流程圖。

4.2 傳感器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)

傳感器節(jié)點(diǎn)中需要定時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)。在PC端可通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，使用C#語言進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取使用DataRecevied事件獲取。如圖5為傳感器節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)。

5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

無線傳感器環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中需要存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)，為此系統(tǒng)采用M、SQL數(shù)據(jù)庫作為存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫具有存儲(chǔ)效率高、開源等特征。環(huán)境監(jiān)測管理系統(tǒng)中包含的數(shù)據(jù)表有：設(shè)備信息表、數(shù)據(jù)信息表等。表1為數(shù)據(jù)表詳細(xì)設(shè)計(jì)。

設(shè)備信息表用于存儲(chǔ)設(shè)備信息。該表包含的字段有：設(shè)備名、設(shè)備類別、設(shè)備參數(shù)以及設(shè)備價(jià)格。

為存儲(chǔ)監(jiān)測溫度、濕度、酸度等信息建立數(shù)據(jù)信息表。如表2為數(shù)據(jù)信息表詳情。

數(shù)據(jù)信息表包含的字段有：數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)時(shí)間以及數(shù)據(jù)內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)

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