基于ZigBee与因特网的低功耗智能楼宇环境监测系统

王佳峰 王玉明 胡斌 姚远 黄丽华 严继利

摘要：该文研究应用ZigBee技术，结合Internet网络，提出了以CC2530芯片为核心的智能楼宇环境监测混合传感器网络系统方案，完成了小型ZigBee网络的搭建。监测网络有传感器、协调器和上位机软件组成，其中，传感器节点采集环境监测数据，并通过Internet网络传送到远端上位机监测平台。系统实现了对环境温湿度、烟雾、火焰等参数的连续监测，传感器测量数据准确可靠，满足预期效果。

关键词：传感器网络；数据采集；智能楼宇

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2019）06-0186-03

1 引言

传统的无线传感器监测网络具有监测距离近，监测效果容易受环境因素影响。无线与有线结合的混合式传感器监测网络具有部署灵活，监测范围广，受环境影响小的特点[1]。

ZigBee技术具有功耗低、实现简单等特点，特别适合要求传输距离近、数据率低的应用场景[2-3]。德州仪器（TI）推出的CC2530片上系统是低功耗、高可靠和组网简单的无线传感器网络系统优秀解决方案。同时，Internet网络技术成熟，部署成本低，适合远距离数据传输[4]。

以ZigBee与Internet技术相结合的混合式智能楼宇环境监测网络，实时监测楼宇环境内的溫度、湿度、烟雾、火警等参数。传感器节点将采集到的信息以无线传输到协调器，协调器再通过Internet有线网络将采集到的信息传送给远端上位机软件，系统能对目标环境的温度、湿度、烟雾和火警信息等进行实时监测并预警。

2 系统结构设计

无线传感器网络节点一般由传感器、微处理器、无线通信、电源等模块构成。本设计网络构成部分中微处理器和无线通信模块采用德州仪器公司CC2530系统级芯片，并配以支持辅助电路组成，系统软件主要包括采集节点、协调器节点和上位机等软件。在ZigBee与Internet技术相结合的混合式智能楼宇环境监测网络中，数据采集传感器节点负责采集环境数据、存储、处理，然后进行封装并以无线方式发送数据至协调器节点，网络协调器节点汇集各传感器节点采集的环境数据并以Internet有线方式传输数据至远端上位机软件平台，最有由上位机软件存储、显示环境参数值。系统网络结构如图1所示。

环境监测网络系统设计中采用德州仪器公司开发的CC2530片上系统集成芯片，其优化实现了ZigBee无线网络。CC2530系统级芯片组网方式灵活，成本低廉，系统支持32MHz和32.768KHz两种工作频率，易于实现低功耗网络设计。CC2530配合很少的外围元件及其支持电路就可以组成无线通信模块。CC2530外围电路如图2所示。

系统采集数据传输采用无线与有线相接结合方式，使用Prolific 公司生产的一种高度集成的RS232-USB接口转换器作为无线与有线转换部件，数据采集传感器将采集数据以无线方式发送至接口转换器，接口转换器通过Internet接口以有线方式将采集数据传输至远端上位机软件平台[6]。

3 系统软件设计与验证

数据采集节点负责实际采集监控数据，并判断数据完整性，如果数据完整，则发送数据到监测终端节点，并由终端节点通过无线方式发送给网络协调器，最终通过Internet网络传输给上位机软件。数据采集程序框图如图7所示。采集终端节点程序框图如图8所示，终端节点负责初始化节点，并接收采集节点数据发送给协调器节点。网络协调器节点负责初始化网络，接收终端节点数据，并通过Internet网络传输给远端的上位机软件。协调器端节点程序框图如图8所示。

监控端上位机软件负责处理、显示采集数据，数据异常产生报警指令，启动监控端报警器。实验结果演示如图10所示。

4 总结

ZigBee与Internet技术相结合的混合式智能楼宇环境监测网络设计符合要求，系统稳定性好，响应速度快。同时系统还具有低成本、易部署、易扩展等特点。

参考文献：

[1] 樵地英.我国环境监测技术的现状与发展趋势的探讨[J].资源节约与环保， 2013（2）：39-40.

[2] 司海飞， 杨忠， 王珺. 无线传感器网络研究现状与应用[J]. 机电工程， 2011， 28（1）：16-20.

[3] 李建中， 高宏. 无线传感器网络的研究进展[J]. 计算机研究与发展， 2008， 45（1）：1-15.

[4] 王超， 刘宏立， 徐琨. 不同信道下无线传感网络物理层能耗性能分析[J]. 计算机工程与应用， 2016， 52（12）：112-116.

[5] 罗瀚. 基于ZigBee技术的温室无线传感器网络环境监测系统研究[D]. 吉林大学， 2013.

[6] 张钊， 李玮， 辛晓平. 基于无线传感网络的草原气象自动监测系统设计[J]. 现代电子技术， 2017， 40（23）：15-17.

[7] 艾丽， 聂丹凤. 基于ZigBee的无线环境监测系统[J]. 微处理机， 2016， 37（4）：87-89.

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