基于ZigBee技术的无线传感器网络在环境监测中的应用

崔艳茹 齐子丰

摘要

为监测实验室仓库温度、湿度、酸度等，以确保实验室安全采用ZigBee技术进行无线传感器网络监测。第一步进行系统需求分析，分析了系统包含功能为：数据监测、设备控制等。第二步进行系统设计，使用CC2530芯片作为无线传输设备最终将系统应用到仓库监测中，结果表明所开发系统满足需求。

【关键词】ZigBee技术 温度 酸度

随着通信技术的不断发展，出现了无线传感器，将该元器件组合成一个网路形成一个能够传输信息的网络.与传统有线网络技术相比该技术具有功耗低、成本相对低一级维护难度低等特点，被广泛应用到实际中。ZigBee属于短距离无线传输网络，较适合于网络通信之间数量不大、传输数据不大的网络，具有稳定性好、成本低、功耗低等优点。本文提出使用ZigBee技术对环境温度、湿度进行监控。采用C#语言编写上位机程序将采集数据存储在MYSQL数据库中，实现对环境监测。

1 系统需求分析

ZigBee无线传感器网络监测环境主要是实验室库存环境.监测系统应满足如下功能。

（1）监测实验室的温度、湿度、酸度、烟雾浓度等。

（2）监测实验室库存中的设备是否正常运行。

（3）监测实验室是否有外来人员入侵、火灾预警、烟雾报警等。

（4）系统应具有预警功能。如图1为系统总体用例图。

2 系统总体设计

根据实验室库房环境监测需求，使用ZigBee技术进行环境监测，通过无线传输将输入发送到服务端，在服务端发送指令可进行设备控制。整个过程中需要配置路由器进行无线转发。如图2为系统结构图。仓库监测管理系统中由多个ZigBee环境传感器将监测数据传输到控制端;仓库设备建立了相应的网络进行设备监控。系统功能架构如图3所示。

ZigBee无线传感器监测系统中包含的功能有：设备监测、环境监测以及其它功能。在设备监测中包含的功能有：安防设备控制、仓库设备控制、安防设备监测、仓库设备监测;环境监测中包含的功能有：温度监测、湿度监测、酸度监测、烟雾监测。

3 系统硬件设计

环境监测管理系统中硬件包含：无线传输、设备、温度监测设备、湿度监测设备、酸度监测设备、烟雾监测设备以及设备控制器等。无线传输设备芯片使用CC2530，该芯片支持IEE802.15.4ZigBee协议。对于传感器节点和协调节点之间的通信使用天线进行收发。天线使用了晶振电路能够给CC2530提供时钟信号。环境监测系统中包含了温度、湿度、酸度等监测器，温度传感器使用DS18B20传感器、酸度传感器使用SZ2120、烟雾传感器使用MQ135。为方便PC机与传感器连接，系统使用了串口进行通信，串口芯片为CH430。

4 系统软件设计

系统主要功能是数据采集和控制。通过串口将数据传输到PC端，PC端根据数据进行相应的控制。文章主要进行协调节点的软件设计和传感器节点软件设计。

4.1 协调器节点的软件设计

协调器节点的功能是管理ZigBee网络中节点是否加入网络以及对发送数据管理，通过串口以及路由器传输到PC端存储。如图4为协调器节点软件设计流程图。

4.2 传感器节点软件设计

传感器节点中需要定时发送数据。在PC端可通过串口进行数据采集，使用C#语言进行数据获取使用DataRecevied事件获取。如图5为传感器节点软件设计。

5 系统数据库设计

无线传感器环境监测系统中需要存储大量数据，为此系统采用M、SQL数据库作为存储数据库。该数据库具有存储效率高、开源等特征。环境监测管理系统中包含的数据表有：设备信息表、数据信息表等。表1为数据表详细设计。

设备信息表用于存储设备信息。该表包含的字段有：设备名、设备类别、设备参数以及设备价格。

為存储监测温度、湿度、酸度等信息建立数据信息表。如表2为数据信息表详情。

数据信息表包含的字段有：数据类型、数据时间以及数据内容。

参考文献

[1]杨瑞峰，王雄，郭晨霞等.基于ZigBee无线传感网络环境监测系统设计与应用[J].电子器件，2017，40（03）：760-765.

[2]高金转，彭旭锋，张会新等.基于ZigBee无线传感网络的环境监测系统的设计[J].电子器件，2016，39（03）：546-550.