《物联网安装与调试》课件-6.WSN环境监控系统

项目六WSN环境监控系统部署与实施物联网工程设计与应用开发本章将介绍基于WSN的智能环境监控系统，该系统能实时监测室内温度、光照等环境参数，并在显示器上展示，一旦环境质量指标超标，即自动报警并控制排气扇、灯光或加热灯等电器，以改善室内空气质量，提升舒适度。通过仿真搭建、设备连接及验证，并在后续通过实际硬件安装调试，利用项目软件监测传感器数据，根据策略启动执行器优化环境。最终实现硬件与仿真系统的同步调试，确保环境监控的高效运行。摘要了解基于WSN的环境监控系统的设备掌握基于WSN的环境监控系统的安装与调试掌握基于WSN的环境监控系统在仿真软件中的连线图掌握基于串口调试助手的数据采集和控制掌握上位机采集与控制系统设备技能目标及能力要求教学目标仿真硬件环境搭建任务描述01知识储备02任务实施03任务考核04仿真硬件环境搭建本任务将需掌握室内监测设备安装前的检测、根据连线图完成系统的搭建，实现环境监测设备的安装与调试。我们依然通过仿真平台进行硬件环境的搭建和数据对接，包括设备的选取、连线和相关参数配置。任务描述任务思考如何在虚拟仿真系统中构建WSN环境监控系统硬件环境搭建需要使用到那些传感器设备选取的四输入设备主要用途是什么是否需要配合执行器设备进行场景搭建任务描述任务描述01知识储备02任务实施03任务考核04仿真硬件环境搭建硬件设备介绍1四输入模拟量通讯模块·

端口数量：4个(IN1，IN2，IN3，IN4)·

端口类型：模拟输入·

端口电流：4-20毫安若需要同时采集有线的多个传感器，则需要引入ZigBee四输入模拟量通讯模块。ZigBee四输入模拟量采集，顾名思义，是利用ZigBee的方式，采集四个当前环境的模拟值，是将采集的模拟信号通过ZigBee通讯方式传输给采集系统。(蓝色节点盒安装四输入需配白色转接板)。光照传感器是一种传感器，用于检测光照强度，简称照度，工作原理是将光照强度值转为电压值，主要用于农业林业温室大棚培育等。采用先进光电转换模块，将光照强度值转化为电压值，再经调理电路将此电压值转换为0～2V或4～20mA。光照传感器光照传感器红色线：电源正极黑色线：电源负极蓝色线：温度信号线光照传感器查看温湿度传感器技术说明书工作电压：24VDC输出电流：4—20mA光照传感器使用数字式万用表欧姆档检测温湿度传感器电源端和信号端之间是否存在短路现象。数字式万用表选用2M档，依次完成表所示的温湿度传感器电源端和信号端之间的电阻值，如果测量发现，阻值很小（约几欧），说明线路出现短路现象，该设备需进一步检修。R红—黑R红—黄R黄—黑正向测量值（2M档）∞∞从20KΩ开始增大反向测量值（2M档）∞∞从200KΩ开始增大光照传感器接通DC24V电源，接着用数字万用表直流20mA档进行测量。万用表连接方法，将万用表红表笔搭接光照传感器的信号线，黑表笔串联一个120Ω负载电阻后，接入DC24V的负极，如图A所示；测出正常光照情况下的电流值为4.13mA（该值光照度不同而变化），如图B所示；进行强光照射后，电流值为15.7mA，如图C所示。以上测量结果表示设备功能完好。湿度传感器，也称温湿度变送器，是一种装有湿敏和热敏元件，能够用来测量温度和湿度的传感器装置，有的带有现场显示，有的不带有现场显示。温湿度传感器由于体积小，性能稳定等特点，被广泛应用在生产生活的各个领域。温湿度传感器信号稳定，精度高测量范围宽、线形度好防水性能好、使用方便便于安装、传输距离远功能特点该变送器广泛适用于农业大棚、花卉培养等需要温湿度监测的场合。传感器内输入电源，感应探头，信号输出三部分完全隔离经济型传感器：只适用于室内、平缓环境温湿度传感器温湿度传感器红色线：电源正极黑色线：电源负极绿色线：湿度信号线蓝色线：温度信号线模拟量温湿度传感器采用数字集成传感器做探头，配以数字化处理电路，从而将环境中的温度和相对湿度转换成与之相对应的标准模拟信号，4-20mA、0-5V或者0-10V。温湿度一体化模拟量型传感器可以同时把温度及湿度值的变化变换成电流/电压值的变化，可以直接同各种标准的模拟量输入的二次仪表连接。工作电压：22—26VDC输出电流：4—20mA温湿度传感器①万用表调至直流电流60mA档位；②红表笔接万用表mA孔座；③黑表笔接万用表COM孔座；④红表笔探头接传感器信号线；⑤黑表笔探头接传感器地线；⑥给变送器正常供电。连接温湿度变送器和万用表温湿度传感器根据温湿度变送器的电流转温度值公式，可得到此时温湿度变送器测的的温度值。

公式为：将数值带入公式，可计算出此时的变送器测得的温度值为

计算可得，温度值为27.01℃,与环境设置的温度27℃基本一致。测温湿度变送器是否正常运行任务描述01知识储备02任务实施03任务考核04仿真硬件环境搭建连线绘制12任务实施参数配置3设备选型在进行仿真任务实施之前，我们需要了解项目系统连线图、设备清单表以及对应的端口分配表，方便后面展开仿真实验一、WSN环境监控系统主要设备及连线图介绍二、仿真硬件环境搭建部署仿真设备选取系统接线图仿真设备选取设备清单表序号设备数量1ZigBee智能节点盒——协调器模块12ZigBee智能节点盒——四输入模拟量通讯模块13温湿度传感器（模拟量）14光照传感器（模拟量）15执行器设备—风扇16执行器设备—LED灯17执行器设备—风扇（加热灯）18ZigBee智能节点盒——单联继电器39PC终端1105V、12V、24V和220通用电源若干WSN环境监控系统设备主要包括ZigBee只能节点盒和四输入模拟量通讯模块、以及温湿度、光照传感器、以及执行器风扇、LED灯、模拟PC终端等。仿真设备选取通过仿真平台进行硬件环境的搭建和数据对接，运行“物联网行业实训仿真.msi”软件仿真设备选取仿真界面中将设备拖入到右边的绘图区：传感器——有线传感传感器——继电器采集器——I/O模块其他设备——负载其他设备——其他外设其他设备——电源仿真界面操作步骤仿真设备选取连线绘制12任务实施参数配置3设备选型zigbee协调器使用的是5V电源，PC终端则使用通用电源220V，通过COM口相连当协调器使用黑色底板时21设备连线绘制zigbee协调器使用的是5V电源，PC终端则使用通用电源220V，通过COM口相连当协调器使用蓝色底板时21设备连线绘制连接单联继电器的IN端（左数第一个），将其连接至电源12V+端连接单联继电器的输入COM端（左数第二个），将其连接至电源12V-端12①②

设备连线绘制将单联继电器的NO端(左数第三个)连接至负载LED灯泡的正极将单联继电器的COM端(左数第四个),连接至负载LED灯泡的负极34③

④

⑤

同样的方法完成其他两个执行设备与单联继电器的连接，注意，负载LED灯泡是12V电源，而加热灯（实际用风扇替代）和风扇的供电电源为24V5设备连线绘制21①

传感器的signal端连接到四输入的第一通道IN1端②

四输入模拟量采集器第一通道的GND端是连接到光照传感器的电源负端（24V-）光照传感器电源VS接24V+，GND接24V-设备连线绘制2传感器的humi端连接到四输入的第三通道IN3端，四输入第三通道的GND端连接到温湿度传感器的电源负端（24V-）1传感器的temp端连接到四输入的第二通道IN2端，四输入第二通道的GND端连接到温湿度传感器的电源负端（24V-）设备连线绘制连线绘制12任务实施参数配置3设备选型zigbee组网参数如何配置呢？12参数包括channel、PANID、序列号等同一个zigbee网络里各个设备的channel和PANID必须保持一致硬件环境参数配置设置channel为11，与协调器一致序列号设置为04d2（必须设置为2字节16进制）设置PANID为0521，与协调器一致硬件环境参数配置设置三个单联继电器的组网参数同样设置channel为11、PANID为0521，单联继电器作为zigbee不同节点，其序列号不能与其他节点重复，这里设置为0001、0002和0003硬件环境参数配置zigbee组网成功zigbee组网不成功节点入网成功，显示无线信号节点入网失败，无法显示无线信号硬件环境参数配置12协调器是通过COM口连接PC终端时选择COM口;协调器是通过USB口连接时则选择USB口;COM口下拉选择创建好的COM100虚拟终端的串口如何设置？点击新建创建虚拟串口硬件环境参数配置1连线验证模拟实验2开启仿真实验任务描述01知识储备02任务实施03任务考核04仿真硬件环境搭建任务考核1、请参照评价标准完成自评和对其他小组的互评。2、各组请代表分析本组任务实施经验。仿真环境搭建部署评分表评价指标评分细则分值得分硬件环境搭建(60分)设备选取是否正确

30

设备连线是否正确30

参数配置(40分)zigbee组网配置是否正确30

仿真实验能否开启10

总计100项目六WSN环境监控系统部署与实施物联网工程设计与应用开发WSN环境监控系统的上位机应用任务描述01任务实施02任务考核03WSN环境监控系统的上位机应用本任务模拟室内环境监控系统，为提高室内环境的舒适度，需要实时检测室内的温湿度和光照状态，并及时进行相应的调节。同时学习如何在计算机端使用串口调试助手，通过指令的方式来对硬件环境中的传感设备进行调试和控制。任务描述任务思考如何对接仿真硬件环境与WSN环境监控系统软件Zigbee光照和温湿度传感采集数据要如何分析如何使用zigbee指令控制单联继电器输出任务描述任务描述01任务实施02任务考核03WSN环境监控系统的上位机应用使用串口调试助手采集zigbee传感数据12任务实施使用串口调试助手控制单联继电器输出3WSN环境监控系统软件应用系统软件的参数设置①

采集系统中串口口号必须与仿真环境中的PC终端的串口号对应一致；②

仿真环境中的光照和温湿度传感器对应的四输入通道与采集系统中的设置一致；③

设置光照临界值，以便控制LED灯自动调光，本例设置10000LX；④

设置温湿度的高低阈值，以便开启加热灯或风扇进行温控，本例设置15-20℃系统相关参数设置系统软件的参数设置温湿度传感器设置固定值光照传感器设置随机值数据采集及自动调控功能实现停止采集开始采集数据采集界面会显示采集器，执行器的当前数据，记录日志会同步反馈策略执行情况。可选打开LED灯关闭LED灯光照度太低光照度太高≥10000lux数据采集及自动调控功能实现<10000lux打开风扇/加热灯关闭风扇/加热灯温度太低温度太高≥20°C数据采集及自动调控功能实现<15°C使用串口调试助手采集zigbee传感数据12任务实施使用串口调试助手控制单联继电器输出3WSN环境监控系统软件应用【Zigbee传感网数据通讯方式】双工串口波特率：38400数据位8位停止位1位无校验位无流控制采集zigbee传感数据协调器通过串口往上位机发送的数据格式HEAD+LEN+CMD0+CMD1+ADRL+ADRH+DTYPEL+DTYPEH+DLEN+REV+[SDATA]+CHKHEAD：数据头，固定为0xfeLEN：数据包长度，ADRL开始到CHK前一个字节的字节数CMD0：命令类型，固定为0x46CMD1：命令类型，固定为0x87ADRL：传输信息源节点的短地址低8位ADRH：传输信息源节点的短地址高8位DTYPEL：数据类型低位，固定为0x02DTYPEH：数据类型高位，固定为0x00DLEN：[SDATA]的长度REV：保留，固定为0x00采集zigbee传感数据SENSORDATA传感数据的格式采集zigbee传感数据双工串口波特率：38400数据位8位停止位1位无校验位无流控制采集zigbee传感数据FE1646871D4C020010001C208EB103

D204

307401

0E02

7902

000070，其中D204为四输入采集控制器的序列号（仿真环境中四输入的序列号为04d2），结合前面的SENSORDATA传感数据的格式能够判断出：30表示传感四通道电流采集；74

01为第一通道数据（光照）；0E02为第二通道数据（温度）；7902为第三通道数据（湿度）；0000为第四通道数据（无）。采集zigbee传感数据计算获取到的传感数据光照值74

01数据格式为CH1LCH1H，实际数据从高位到低位为0174，16进制换算成10进制后为372。按公式电流=3300*[CHxHCHxL]/1023/150（mA），此时光照值对应的电流为3300*372/1023/150=8（mA），换算到量程0~20000，得出光照度为5000lx，与仿真软件中设置定值一致。

使用串口调试助手采集zigbee传感数据12任务实施使用串口调试助手控制单联继电器输出3WSN环境监控系统软件应用控制单联继电器输出控制单联继电器输出指令格式命令：Head+len+type+data+lrcHead:2byte,固定为0xFF,0XF5Len:1byte,数据包的字节数如0x05Type:数据类型，0x02为继电器控制命令Data：数据域--2byte设备编号(低位在前，如3412表示0x1234)+2BYTE命令：

0001---打开继电器输出0002---关闭继电器输出lrc:1byte校验位（注意：校验类型为校验和，串口调试助手中需要勾选“自动发送校验位”，类型选择CHECKSUM-8控制单联继电器输出

控制指令：FFF505020300

0001LRC，其中0300代表单联继电器的序列号（低位写在前），