基于太阳能的ZigBee无线校园网络环境监测系统

柏小艳，郭礼伟，祝加雄（乐山师范学院，四川乐山，614000）

基于太阳能的ZigBee无线校园网络环境监测系统

柏小艳，郭礼伟，祝加雄
（乐山师范学院，四川乐山，614000）

本项目结合各高校的特点和供电要求，设计了一种基于太阳能供电的ZigBee无线校园网络环境监测系统，可以实现对多实验楼、多个校区的环境等信息进行实时的管理和监控功能。整个监测系统由太阳能供电系统、ZigBee模块、PM2.5传感器模块、温湿度传感器模块、Labview上位机模块等几个部分组成。经过多次测试后的实验结果表明，此系统运行可靠、稳定，具有广泛的推广价值和一定的实用性。

网络环境监测;太阳能供电;ZigBee;单片机最小系统

0 引言

在当今的社会中，随着我们生活水平质量的逐步提高，各高校对生活环境的质量同时也提出了更加高的要求；但是现如今各高校的环境监测系统比较少，而且环境监测的点的位置比较分散、无人值守、地理的环境复杂等，所以人工监测环境质量数据很不方便，执行的效率同时也很低，并且都采用有线的方式收集数据，因此会造成投入大，布线繁琐，传输距离有限，固然没有形成完善方便的监控网。

为了解决这些问题，首先，本项目结合了实际情况，利用ZigBee 无线网络技术的低成本、低功耗等特点，改变了传统冗杂的有线检测方式，避免了布线的繁琐；其次，利用太阳能供电，在不易铺设电力线路的地域也能够实现电力供给，并且节能、环保。可以进行实时地监测到各高校的环境质量等情况。

1 总体设计

整个环境监测系统由太阳能供电系统、温湿度传感器模块、PM2.5传感器模块、ZigBee模块、LCD显示模块、Labview上位机模块等几部分组成，系统的总体结构框图如图1所示。

2 各功能模块的设计

本设计采取模块化策略,将各个功能部分开来设计，最后组合起来，各模块介绍分别如下。

2.1 蓄电池太阳能板供电模块

电源模块对于一个系统来说非常重要，关系到该系统能不能正常工作，不管是温湿度传感器、PM2.5传感器模块还是51单片机都需要5V稳定的电压。

图1 系统总体结构框图

2.2 PM2.5粉尘传感器

PM2.5空气质量粉尘传感器它具备性能稳定、测试精度高、多功能性强、方便安装于仪器设备等特点,能够广泛地用于公共场所环境以及大气环境的各种测定仪器中，而且PM2.5速测仪中，它同时也可以用作空调，空气净化器，环境监测，换气扇等等。

2.3 温湿度传感器

DHT11是一种新型的单总线温湿度数字传感器，具备更多的优势，它使体系计划加倍简略，控制便利而且易于实现。DHT11传感器包含了1个NTC测温元件和1个电阻式感湿元件，并且与1个高性能8位51单片机相互连接。单线制串行接口可以使系统的连接可以更加简洁。功耗极低，信号的传输间隔可以高达20 m以上。作为一种新型的单总线数字温湿度传感器，DHT11拥有了体积小、性价比高、功耗低、抗干扰能力强、响应速度快、控制简单等优点。

2.4 无线传输模块ZigBee

ZigBee是一种可靠性十分高的无线数据传输网络，ZigBee数据传输模块类似于无线收集基站。通信间隔从标准的75m到几百米、几千米，而且允许无限扩大.

3 客户端和服务器程序设计

3.1 客户端设计

客户端的设计思想：ZigBee模块初始化完成后就可以传输采集到的温湿度和粉尘的数据到服务器。

3.2 服务器的设计

服务器程序开始之后接着是程序初始化，初始化之后是ZigBee接收器接收数据，把数值传送值串口，判断串口是否有值，如果串口没有数值，返回程序初始化之后。如果串口有值，则与上位机通信，把串口数值发送至上位机。

4 上位机设计

上位机采用的是labview方法编程。本系统的上位机设计思想是：把下位机采集回来的温湿度值和粉尘的质量值通过串口与上位机通信，上位机把每一次读的值分别存储下来，然后对它们进行分析处理，与标准的值进行比较从而进一步作出处理，其中d为下位机采集到的数据，d1为正常范围的下限值，d2为正常范围的上限值。

5 测试结果

5.1 无线网络监控系统主控板

采用了太阳能供电的方法，起到节能的作用，而且还利用了PM2.5传感器和温湿度传感器，从而实现了对各高校环境的数据进行采集，从而达到监控的效果。

5.2 Labview上位机前面板

客户端采集到的数据通过服务器发送到上位机，上位机可进行实时监测和报警，也可以通过上位机将数据发送到客户端；在上位机中，可以对下位机的最大值最小值进行设定，可以实时地显示当前采集到数值，报警指示灯在不同的情况可以显示不同的颜色，若低于了设定值，报警指示灯显示蓝色，正常则显示绿色，高于了则显示红色。在前面板上，还可以显示接收到的历史数据并保存在文本中，方便以后的查询。

6 总结

采用 ZigBee 无线传感器网络技术和太阳能电池板供电,设计出了一种基于太阳能的ZigBee无线校园网络环境监测系统。该系统易于实现、应用、范围广 ,充分地利用了学校现有的资源来降低构建成本，可以实现对多实验楼、多校区的环境等信息进行即时监控和管理功能 。对改善高校的环境状态和提高科研效率起着重要的作用。

[1]刘铁超,基于ZigBee的校园路灯控制系统的设计与实现[D]．大连：大连海事大学，2014.

[2]黄三伟,周熠.基于校园网的实验室安全监控系统[J].实验技术与管理,2007, 24(9):78-81.

[3]林振强.基于网络技术的实验室温湿度监测系统[J].化学分析计量，2006.04.

[4]黄志伟编著.无线数字收发电路设计[M].北京：电子工业出版社，2003.

[5]沈红卫编著.基于单片机的智能系统设计与实现[M].北京：电子工业出版社，2005.

ZigBee wireless campus network system based on solar energy

Bai Xiaoyan,Guo Liwei,Zhu Jiaxiong
（School of Physics And Electronic Engineering of Leshan Normal university, Leshan Sichuan,614000）

The project is according to the characteristics of the universities and the power supply requirements, we design a ZigBee wireless campus network environment based on solar power monitoring system,which can realize to the lab building, multiple campus environment information such as real-time management and monitoring functions.The whole monitoring system by solar energy power supply system, ZigBee module, STC89C51 SCM smallest system, PM2.5 sensor module, temperature and humidity sensor module, LCD display module, Labview upper desktop module and so on several parts.After multiple tests, the experimental results show that this system is reliable, stable and has wide popularization value and practical.

Network environment monitoring;solar power supply;ZigBee;microcomputer minimum system

四川省大学生创新实践项目（项目编号201610649022）。

柏小艳(1994-)，女，四川广安人，大学本科。

郭礼伟(1993-)，男，甘肃陇西人，大学本科。

祝加雄(1980-)，男，四川乐山人，讲师，副教授，研究方向为模式识别与智能系统。