基于ZigBee的环境质量监测

计算机科学与技术学院ZigBee 无线网络原理课程设计设计题目： 基于 ZigBee的环境质量监测 设计人员： 学号：学号：学号：学号：指导教师：ZigBee 无线网络原理课程设计报告：基于 zigbee 的环境检测2015年月目 录摘要 .2Abstract.31 设计意义与目的 .41.1 意义 .41.2 目的 .42 设计内容 .52.1 工作原理 .52.2 设计方案 .52.3 结构组成 .62.4 实验所需器材 .63 实验电路图 .74 相关模块的性能参数 .114.1 PM2.5 传感器性能参数 .114.2 温度传感器性能参数 .125 实验软件设计 .126 作品实物图展示 .147 实验小组成员分工 .158 实验总结 .169 参考文献 .1610 小组成员评分 .17ZigBee 无线网络原理课程设计报告：基于 zigbee 的环境检测1摘要ZigBee 技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，主要适合于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备中，十分适合担当组织无线传感器网络的重任，有着极其重要的研究价值。本课题分析 ZigBee 技术的基本理论，分析 ZigBee 技术的组网方式，结合国内目前已有的传感器技术，提出了用于环境监测的无线传感器网络系统方案。系统由传感器节点、路由节点、中心节点和上位机监测平台组成。传感器采集网络由传感器节点组成，采集温度，PM2.5 等环境变量信息；按键操作和 232通讯功能，既可作为无线网络的节点，又可单独作为传感器测量系统；路由节点负责转发数据增加该节点可大大扩展无线传输距离；中心节点接收各个传感器节点发送的数据，并送到上位机软件显示，分析和存储。关键字：ZigBee；无线传感器；节点ZigBee 无线网络原理课程设计报告：基于 zigbee 的环境检测2AbstractZigBee technology is a kind of close, low complexity and low power consumption, low data rate and low cost of two-way wireless communication technology, mainly is suitable for automatic control and remote control, can be embedded into all kinds of equipment, very suitable for the responsibility of food organization wireless sensor network has a very important research value.This topic ZigBee technology basic theory, analysis of ZigBee technology network mode, combining with domestic there are sensor technology, proposes the wireless sensor network system for environmental monitoring.System consists of sensor nodes, routing nodes, the center of the node and PC monitoring platform.Temperature sensors network consists of sensor nodes, acquisition, such as PM2.5 environment variable information;Keystrokes and 232 communication function, can be used as a wireless network node, and separately as the sensor measurement system;Responsible for forwarding data to increase the routing node can greatly extend the wireless transmission distance;Center node to receive data sent by each sensor node, and sent to PC software, according to the analysis and storage.Key words: zigbee；Wireless sensor；nodeZigBee 无线网络原理课程设计报告：基于 zigbee 的环境检测31 设计意义与目的1.1 意义近年来，随着无线传感器网络技术的迅猛发展，以及人们对于环境保护和环境监督提出的更高要求，越来越多的企业和机构都致力于在环境监测系统中应用无线传感器网络技术的研究。通过在监测区域内布署大量的廉价微型传感器节点，经由无线通信方式形成一个多跳的网络系统，从而实现网络覆盖区域内感知对象的信息的采集量化、处理融合和传输应用。与传统的环境监测手段相比，使用传感器网络进行环境监测有三个显著的优势：一是网络的自组性提供了廉价而且快速部署网络的可能；二是现场采集的数据可通过中间节点进行(路由)传送，在不增加功耗和成本的前提下，可将系统性能提高一个数量级；三是网络的健壮性、抗毁性满足了某些特定应用的需求。1.2 目的本设计以 TI 公司 ZigBee 芯片 CC2530 为控制核心，实时监测目标环境内温度，PM2.5 等工业参数，并将实测值与人工设定的超限制进行对比，系统能对大面积的多点温度，PM2.5 进行监测，并将数据传输到 PC 机上进行数据存储与分析。整个监测网络是由基于 ZigBee 技术的无线温度和 PM2.5 传感器节点和ZigBee 无线网关组成。无线监测节点放置于需要测量的现场，执行温度 PM2.5和数据采集、预处理和发送等工作。通过无线传感器发送给接收节点，最后实时的显示其情况。ZigBee 无线网络原理课程设计报告：基于 zigbee 的环境检测42 设计内容2.1 工作原理 PM2.5 传感器中心有个洞可以让空气自由流过，定向发射 LED 光，通过检测经过空气中灰尘折射过后的光线来判断灰尘的含量。该传感器具有非常低的电流消耗（最大 20mA，11 毫安典型值），最高 7VDC 供电。传感器的输出是一个模拟电压成正比的测量粉尘密度，具有 0.5V/0.1mg/m3 的灵敏度。DS18B20 具有 3 引脚 TO92 小体积封装形式；其示意图如下,低温度系数晶振的振荡频率受温度影响很小，用于产生固定频率的脉冲信号送给计数器1。高温度系数晶振随温度变化其振荡率明显改变，所产生的信号作为计数器 2的脉冲输入。计数器 1 和温度寄存器被预置在55所对应的一个基数值。计数器 1 对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行减法计数，当计数器 1 的预置值减到 0 时，温度寄存器的值将加 1，计数器 1 的预置将重新被装入，计数器 1重新开始对低温度系数晶振产生的脉冲信号进行计数，如此循环直到计数器 2计数到 0 时，停止温度寄存器值的累加，此时温度寄存器中的数值即为所测温度。DS18B20 测温原理框图2.2 设计方案（1）了解 zigbee 的工作原理，根据原理画好 PCB 原理图。（2）根据 PCB 原理图自制 PCB 板电路，将液晶屏，zigbee 核心板，PM2.5 传感器,温度传感器等相关元件设备进行集成。ZigBee 无线网络原理课程设计报告：基于 zigbee 的环境检测5（3）测试 PCB 电路，检查相关电路能否正常工作，以及 zigbee 核心板的能否正常调试。（4）在完成电路调试后，用 jlink 下载器下载调试程序成功完成程序对相关元件的驱动（5）实验完成后做好相应的实验总结。2.3 结构组成从设计的功能来分析该系统须包括以下结构：2.4 实验所需器材1.zigbee 核心板2.J-link3.电池4.PM2.5 传感器5.DS18B20 温度传感器6.杜邦线DS18B