基于Android的ZigBee无线传感器网络监控系统毕业答辩

1、基于基于Android的的ZigBee无线传感器网络监控系统无线传感器网络监控系统一一. 研究背景研究背景本课题针对日常用车的几个方面的本课题针对日常用车的几个方面的安全问题，如车辆自燃问题、停靠车时安全问题，如车辆自燃问题、停靠车时的碰撞问题的碰撞问题,以及车前行人安全问题，旨以及车前行人安全问题，旨在建立一套系统，来尽量避免以上安全在建立一套系统，来尽量避免以上安全问题的发生。问题的发生。1.1 原因分析发动机温度过高燃气燃油泄漏监测温度可燃气体监测温度传感器节点可燃气体检测节点视线盲点监测与后方障碍物距离超声波测距未能及时发现行人监测车前一定范围内是否有行人人体红外传感器1.2 解决方法

2、 鉴于以上分析，鉴于以上分析，我们我们试图通过试图通过采集车辆行驶过程中的采集车辆行驶过程中的发动机温度发动机温度、燃料箱附近是否有高浓度的可燃气体（主要燃料箱附近是否有高浓度的可燃气体（主要针对燃气车辆）针对燃气车辆）以及以及车车俩后方障碍测俩后方障碍测距和人体红外信息的距和人体红外信息的数据来给司机数据来给司机提供提供一定的帮助。一定的帮助。 在设计过程中，在设计过程中，我们利用我们利用物联网和物联网和3G两大热门技术，两大热门技术，结合当下流行结合当下流行的的智能手机和智能手机和Android系统的车载导航仪系统的车载导航仪,选选择择ZigBee无线传感器网络来采集以上信息，并在无线传感

3、器网络来采集以上信息，并在Android平台平台 (可与车载导航仪合并使用可与车载导航仪合并使用) 上的监控程序中实时监上的监控程序中实时监控以上信息。由于涉及到多个采集节点，所以控以上信息。由于涉及到多个采集节点，所以我们利用我们利用基基于于ZigBee的的协议栈来实现协议栈来实现各各节点间的组网。节点间的组网。二二. 系统整体框架概述系统整体框架概述系统整体结构如下图所示：无线通信串口通信 其中温度采集节点、人体红外监测节点、可燃气体监测节点和超声波测距节点与ZigBee协调器组成星型网络拓扑结构，传感器节点与协调器通过无线方式进行通信，ZigBee协调器与Android平台通过串口通信，

4、用户通过Android平台上的用户监控程序实现对整个无线传感器网络的监控。2.1主要芯片主要芯片CC2530简介简介 CC2530是用于是用于IEEE802.15.4、ZigBee和和RF4CE应用的一个真正应用的一个真正的片上系统（的片上系统（SOC）解决方案。）解决方案。它能够以非常低的总的材料成本它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。建立强大的网络节点。CC2530结结合了领先的合了领先的RF收发器的优良能，收发器的优良能，业界标准的增强业界标准的增强8051CPU，系统，系统内可编程闪存，内可编程闪存，8-KBRAM和许和许多其他强大的功能。多其他强大的功能。CC2530具有

5、具有不同的运行模式，使得它尤其适不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统。运行模应超低功耗要求的系统。运行模式之间的转换时间短进一步确保式之间的转换时间短进一步确保了低能源消耗。了低能源消耗。2.1主要芯片主要芯片CC2530简介简介系统中系统中ZIGBEE收发模块应用电路和硬收发模块应用电路和硬件图如下所示：件图如下所示：2.2各节点程序设计各节点程序设计 ZigBee 节点控制程序运行在每个传感器节点上，根据不同的传感器类型，设计不同的传感器控制程序。所有节点控制程序都是基于Z-stack 协议栈(Texas Instrument公司)的，并且都是在SampleApp 的基础上修改

6、而来。只是在用户应用层，添加了不同的任务及事件处理函数。2.2.1 协调器节点设计协调器节点设计 协调器是ZigBee 三种设备中最重要的一种。它负责网络的建立，包括信道选择，确定唯一的PAN地址并把信息向网络中广播，为加入网络的路由器和终端设备分配地址，维护路由表等。Z-Stack 中打开编译选项ZDO_COORDINATOR，也就是在IAR 开发环境中选择协调器，然后编译出的文件就能启动协调器。协调器节点程序流程图2.2.2 温度监测节点设计温度监测节点设计 本系统中温度信息采集传感器用的是DHT11。Data 用于微处理器与DHT11之间的通讯和同步. CC2530发送一次开始信号后，等

7、待主机开始信号结束，DHT11发送响应信号,送出40bit的数据,并触发一次信号采集,用户可选择读取部分数据.从模式下,DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集,如果没有接收到主机发送开始信号,DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。Pin名称注释1VDD供电35.5VDC2DATA串行数据，单总线3NC空脚，请悬空4GND接地，电源负极2.2.2 温度监测节点设计温度监测节点设计温度采集节点的程序流程图2.2.3超声波测距节点设计超声波测距节点设计 通过 CC2530 控制 SRF05 超声波测距模块测取距离SRF05 基本工作原理：u采用IO 口TRIG 触发测距，给

8、至少10us 的高电平信号；u模块自动发送8个40khz 的方波，自动检测是否有信号返回；u有信号返回，通过IO口ECHO 输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。u测试距离=（高电平时间*声速（340M/S）/ 2；2.2.3超声波测距节点设计超声波测距节点设计超声波测距节点的程序流程图如下：2.2.4 人体红外节点设计人体红外节点设计 普通人体会发射10um左右的特定波长红外线，用专门设计的传感器就可以针对性的检测这种红外线的存在与否，当人体红外线照射到传感器上后，因热释电效应将向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生控制信号。 其中 SIP3 连接人体传感器模块，

9、Z2_SENSOR 连接到 CC2530 的 P0.7 引脚。当传感器模块检测到有人入侵时，从 SIP3 的第二个引脚输出低电平，此时图上的 LED 被点亮，然后程序中从Z2_SENSOR 引脚读取 io 口的状态判断是否有人入侵，同时点亮 ZX2530 底板上的 LED2。2.2.4 人体红外节点设计人体红外节点设计人体红外传感器的主程序流程图2.2.5 可燃气体监测节点设计可燃气体监测节点设计 系统中选择用MQ-5 煤气气敏传感器来检测可燃气体，当可燃气体比例过高时系统发出警报。 MQ-5 煤气气敏传感器对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度；对乙醇，烟雾几乎不响应 。2.3 Andro

10、id用户控制程序设计用户控制程序设计 用户控制程序运行于 Android 系统应用层，采用JAVA 开发。 Android 用户控制程序框架如下：2.3 Android用户控制程序设计用户控制程序设计 当用户第一次打开程序，或是从菜单中选择搜索的时候，ZigBee 网络TOP 图生成模块首先检查网络连接，当网络正常连接到ZigBee 智能网关后，首先发送获取协调器节点信息指令，获取到协调器节点信息。之后将协调器节点通过绘图子程序在屏幕上把协调器显示出来。三三. 系统测试结果系统测试结果 打开试验箱电源，当Android控制程序正确下载至试验箱中，则会在菜单栏里显示出ZTOOL程序的图标。系统测试结果系统测试结果1.各节点组网显示界面当打开各传感器节点的开关后，重新搜索网络，则会显示网络中各传感器节点的图标，如下图所示：系统测试结果系统测试结果2.温度监测显示界面系统测试结果系统测试结果3.超声波测距显示界面系统测试结果系统测试结果4.人体红外监测和燃气监测显示界面四四. 总结总结 本文在对无