基于Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)傳感器工作環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

李金寶

摘要：為了對工作環(huán)境進行監(jiān)測，本文提出了基于Zigbee傳感器網(wǎng)絡(luò)的工作環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計。采用ARM9作為控制核心。與以往的單片機控制相比，該系統(tǒng)控制功能更完善和強大；氣體傳感器和溫濕度傳感器通過Zigbee傳感器網(wǎng)絡(luò)與控制器進行數(shù)據(jù)通信，將環(huán)境的信息傳輸給控制器，控制器經(jīng)過數(shù)據(jù)分析并發(fā)出控制信號以合理控制終端裝置。

關(guān)鍵詞：工作環(huán)境 Zigbee 傳感器

中圖分類號：TP302 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）09-0166-01

當(dāng)前，精確監(jiān)測工業(yè)、農(nóng)業(yè)的工作環(huán)境變得十分廣泛，它對工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量、農(nóng)作物產(chǎn)量及安全起著很大的作用。嵌入式系統(tǒng)技術(shù)是當(dāng)前一個技術(shù)熱點，并越來越廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制、無線通信、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、消費類電子、成像和安全等領(lǐng)域。Zigbee協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。其特點是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本。主要適合用于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案

本遠程監(jiān)控系統(tǒng)采用三星ARM9內(nèi)核的S3C2440處理器，由溫、濕度傳感器構(gòu)成整個數(shù)據(jù)采集模塊，通過Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)模塊，將數(shù)據(jù)實時傳輸給處理器。處理器根據(jù)當(dāng)前所處環(huán)境情況，進行專家系統(tǒng)分析。當(dāng)達到設(shè)定條件時，控制模塊啟動相應(yīng)的閘門設(shè)備。系統(tǒng)將采集到的環(huán)境情況顯示輸出在顯示屏上，歷史數(shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫模塊中。整個系統(tǒng)主要由以下幾個模塊構(gòu)成：Zigbee無線傳感器模塊，控制器模塊，數(shù)據(jù)顯示模塊和機械控制模塊。

2 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點硬件設(shè)計

設(shè)備節(jié)點是無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基本單元，也是無線網(wǎng)絡(luò)傳感器網(wǎng)絡(luò)功能得以實現(xiàn)的基本平臺，在本系統(tǒng)中的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點按功能不同可分為三類：協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由節(jié)點和終端設(shè)備節(jié)點。

3 傳感器選型

ES2000T為特安自主研發(fā)產(chǎn)品，對檢測工業(yè)現(xiàn)場可燃氣體及有毒氣體泄漏采用分線制與報警控制器連接使用。結(jié)構(gòu)設(shè)計合理并密封良好。采用RS485多種工業(yè)通用接口，可直接接入各種顯示儀表，實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測。與數(shù)據(jù)采集器配合使用，可作為氣體及溫濕度定點監(jiān)測或移動測量的儀器，氣體傳感器可實現(xiàn)復(fù)雜環(huán)境有害氣體監(jiān)測。

4 系統(tǒng)實驗

4.1 實驗平臺搭建

軟件平臺：IAR Embedded Workbench。

硬件平臺：PC機1臺，2個終端傳感器節(jié)點，1個協(xié)調(diào)器，1個控制中心在此實驗中協(xié)調(diào)器采用持續(xù)電源供電，2個傳感器終端節(jié)點采用電池供電。

4.2 節(jié)點組網(wǎng)測試

將系統(tǒng)的硬件設(shè)備連接好，并將系統(tǒng)軟件程序通過CC2530仿真器將程序燒寫到傳感器終端節(jié)點和協(xié)調(diào)器節(jié)點。接下來將協(xié)調(diào)器跟計算機通過串口相連接，啟動超級終端，串口設(shè)置為COM1，波特率為38400bps，數(shù)據(jù)位8bits，無奇偶校驗位，停止位1bit。運行超級終端，可以在串口信息欄里觀察到網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備節(jié)點數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r。

4.3 通信距離測試

將兩塊ZigBee節(jié)點模塊分別通過仿真器連接至計算機，在SmartRF Studio 7中選擇Expert Mode，再將一個節(jié)點設(shè)置為Packet TX，另一個節(jié)點為Packet RX。對芯片的發(fā)射功率進行設(shè)定，測試不同發(fā)射功率下的RSSI（Received Signal Strength Indication）、發(fā)射成功率、發(fā)射距離等。在空曠的操場上對三種不同發(fā)射功率模式，對不同距離進行信號測試，每相隔一米點擊發(fā)送節(jié)點模塊隨即發(fā)送100個數(shù)據(jù)包，待發(fā)送結(jié)束后，可在SmartRF Studio 7軟件的右下側(cè)查看到接收模塊節(jié)點數(shù)據(jù)包的接收情況。其中，RSSI（Received Signal Strength Indication）即接收的信號強度指示，可用來測試信號傳輸距離的通信質(zhì)量。實驗所測RSSI值與理想的RSSI值存在著一定的偏差，但總體趨勢正確，可以用來表示無線網(wǎng)絡(luò)的鏈接質(zhì)量。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)通過Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)對工作環(huán)境進行實時監(jiān)控。所用的技術(shù)是當(dāng)下比較先進的短距離物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。通過無線網(wǎng)絡(luò)可以將工作環(huán)境的實時數(shù)據(jù)傳送給主控機，用以對工作環(huán)境的溫度、濕度及有害氣體進行實時監(jiān)測，節(jié)省了大量人力。同時專家系統(tǒng)也可以根據(jù)不同的環(huán)境因素進行不同的處理（如升溫、加濕、報警等），進一步提高了此系統(tǒng)的全面性及靈活性，可廣泛應(yīng)用于物資倉庫、糧庫、農(nóng)用大棚等環(huán)境中。

參考文獻

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