Word版可编辑-基于ZigBee的家居环境监测系统设计精心整理.doc

基于ZigBee的家居环境监测系统设计 摘 要 为了对室内的温湿度、CO2、CO、粉尘含量等环境参数进行自动化监测，本文采用zigbee无线传感网技术，结合PC机上位机及GPRS通信，搭建了一套能够实时监测家居环境状况的多路传感器数据监测系统。当某一项参数含量超过预先设定的阈值时，GPRS模块会利用GSM网路中的短消息业务（SMS）将报警信息发送到手机端，从而实现无线远程监测。 【关键词】ZigBee 无线传感网 环境监测 GPRS 当今环境污染严重制约了社会发展，并危害着人体健康，健康绿色的家居环境无疑是当今人们关注的一大热点。近年来，随着城市化进程的加快，室内环境污染问题和安全问题变得越来越突出。室内污染主要存在以下几方面的问题： （1）室内环境作为半封闭的环境，容易受到大气污染的影响，如雾霾等。 （2）随着农村人口向城镇集中，新建房屋装修量大增，现在市场上的装修材料大都含有挥发性有害物质，对人体危害程度相当大，如甲醛等。 （3）室内环境安全问题已经引起了越来越多的人的担心，因煤气、天然气泄漏而引发CO中毒或发生爆炸的事故时有发生。随着人们对生活环境的要求的不断提高，研制出一款成熟的智能健康家居环境监测系统成为市场的迫切需求。 1 系统结构 本系统采用树形拓扑结构，由多个传感器节点、一个协调器以及上位机组成。 分布室内各方位的传感器节点在8051单片机控制下采集室内环境参数，由无线射频模块将采集到的数据传输至协调器，由协调器的MCU统一进行处理，协调器处理后的数据再通过标准的RS232串口传送给PC机，PC机实时显示收到的环境参数，同时手机端也可以实时查询室内的环境参数。 上位机预先根据一定标准设定阈值，收到数据后会自动将环境参数与阈值进行对比，当某一项参数含量超过预先设定的阈值时，PC机会通过GPRS模块将报警信息发送到手机端，从而实现了实时报警功能。 其系统框图如图1所示。 2 系统硬件设计 传感器节点要实现采集环境参数数据并把数据传输到协调器的功能，主要由各种传感器、8051CPU和CC2530无线射频电路构成。 其中，温湿度数据采集使用DHT11温湿度传感器，该传感器为成熟的数字式传感器，只需简单处理即可得到室内环境的温、湿度数据；二氧化碳浓度的数据采集使用MG-811二氧化碳传感器，采集到的为模拟量，经过电压跟随，同相放大，模数转换等电路处理，单片机校正处理之后得到环境中二氧化碳的浓度；粉尘传感器型号为GP2Y1010AU0F，能够检测出空气中的粉尘浓度。 传感器节点结构如图2所示。 3 Zigbee组网算法 zigbee无线传感网包含一个协调器节点与多个传感器节点。上电后，协调器开始初始化协议并启动网络，当收到传感器节点请求时，进行判定，若确认是本网络中节点，则允许加入，并绑定，然后开始接收数据。同样的，传感器节点上电后，初始化协议，并开始扫描周围是否存在协调器；扫描到协调器时，申请加入网络，若加入成功，则开始读取传感器数据，并向协调器节点发送数据；数据发送成功，就开始进行休眠，当收到唤醒信号或隔了一定时间时，重新读取传感器数据并进行发送。 zigbee无线组网算法流程如图3所示。 4 结语 本系统不仅可以监测温度、湿度等常见空气参数，还可以监测CO、CO2等有毒有害气体浓度参数，实现了多点数据无线实时传输，且具有成本低、可靠性高、响应及时、节能等优点。经过多次实验，该系统能够准确采集环境参数信息，并将信息安全可靠地传输到协调器，且在PC机实时显示各节点采集到的各项参数，同时具有报警的功能。通过采集多种室内环境参数，设置不同的采集模式，可以有效判断出室内环境的宜居状况和安全状况，从而为人们改善居住环境提供有效的指导。 参考文献 1徐勇军，姜鹏.无线传感器网络实验教程M.北京：北京理工大学出版社，2007. 2孟庆斌，潘勇.基于CC2530的分布式无线温度测量系统设计J.电子测量技术，2009，32（5）：128-130. 3唐慧强，元保军.基于ZigBee技术的交通气象站中雨量测量系统设计J.电子技术应用，2010，36（4）87-89. 4 祝文静.基于ZigBee协议的煤尘检测系统的研究J.科技信息，2