基于无线传感网络的环境监测系统

彭庆（1970.11-）男，汉，云南省文山市，工学学士，高级工程师，研究方向：生态环境保护

摘  要：在我国绿色理念持续发展过程中，在环保方面的投入力度也持续增加，在环境监测以及保护方面也积极应用先进技术，例如无线传感技术。对此，本文提出相应运行主系统、协调器节点以及运行软件三方面设计要点，希望能够为相关人员提供参考。

关键词：无线传感网络;环境监测;系统设计

分类号：X92

前言：当前，我国在一些环境监测方面还采用人工调节或是人工方式，同时系统布线较为复杂，导致一些接触出现不良现象，并且维护困难。同时在高湿高温环境在控制系统方面可靠性有着较高要求，一般单片机无法保证监测需要得到充分满足。Zigbee为低传输速率、低功耗、短距离无线通信手段，在苛刻运行环境中具有良好适应性，充分保证系统可靠性。

一、设计运行主系统

无线传统网络体系的关键任务就是采集环境信息以及实时传输，建成网络结构之后，对网络覆盖地区湿度、温度等环境信息进行采集，借助多跳形式向中心协调器中传输。协调器职责为：①对网络采集环境数据进行整合并向上位机系统进行传输。②协调器根据管理软件程序命令向无线网络传输，进行下步动作。在监控主机中设置管理软件，主要对协调器传输数据进行收集，按照程序监控策略采用数据收集形式调整、预警等方式，完成数据处理之后向总数据库进行保存，在日后能够直接进行处理和查询[1]。

二、设计协调器节点

协调器涵盖天线单元、时钟单元以及电源单元等，系统中，Zigbee调节器能够构建网络结构与网络初始化等。另外，可以科学处理对接环节中相关数据，借助上位机系统以及串口系统展开通信。

节点的低耗能优势较为突出，在该系统中，选择3V干电池开展供电工作，系统电压在2—3.3V范围内，通常，该部分设计选择干电池（2节）为系统供电，促使系统运行要求得到充分满足。一部分电路所需电压是1.8V，所以借助电压转化，即能够保证选择1.8V电压开展供电工作。根据CC2350在电压方面标准要求，选择REG1117-1.8即能够稳定输出1.8V电压，其中，1A是最大输出电流功率。在CC2350芯片中，时钟模块涵盖2个构成频率，分别是32.768KHz、32MHz，对于32MHz输出频率能够为系统稳定运行提供保障，32.768KHz能够保证系统在低功耗条件下运行，进而达成低耗能目的。射频天线单元构成部分主要涵盖天线馈线以及阻抗匹配两部分电路。本系统选择Whip天线，可靠性较高以及安全性较为突出[2]。

三、设计运行软件

1.路由器

该设备主要功能可以进行路由多跳以及其他设备与网络融合。本系统网络拓扑选择树状形式，能够保证路由器进行间隔操作，可以选择电池实现供电。启动路由器之后，会对网络初始化内部事件进行处理，对无线网络进行探索，同时请求加入。如果接收了响应信号，表明路由器成功连接网络，不然会再次进行入网操作申请。由于选择树形网络，路由器能够适当进行休眠状态切换，成功联网之后变为待唤醒/休眠状态，进而达到减少能耗目的。唤醒环节中，路由器会接收数据传感以及控制信号等。通过PC端发送控制信号，其中涵盖能够对网络设置进行更改的指令，向下传输目标节点。传感数据中，传感节点所收环境信息，需要传输到顶层节点，进而借助协调器整合数据并向监测主机传输。

2.传感节点

对于传感节点，无需负责特定的稳定网络结构，并且一般选择电池为电源。开展设计工作室，一般选择休眠功能实现节能降耗目标。将传感节点连接网络时，和路由入网没有较大差异，完成休眠工作之后，如果节点接收调整收集频率以及其他下行指令，那么应该先进行预处理工作，之后进入到环境监测以及数据统计环节，向顶层节点传输收集到的信息后，向休眠模式进行切换[3]。

3.上位机管理

管理软件功能涵盖网络控制、预警报警、信息分类储存、数据接收以及数据显示等。监测主机保持对协调器进行监听的状态，对于收集的数据根据程序定位开展解析工作，进行相關环境数据和对应节点号进行分析，向总数据库进行同步储存，即能够开展即时查询以及处理工作。系统能够生成网络拓扑提供结构图、历史信息查询曲线图等，并具象化地显示初始数据。在所收集环境信息超出系统设定阈值范围时，该系统就会将预警功能启动，同时进行同步报警处理，对环境监控进行有效落实。另外，系统提供的网络接口性能良好，主要用于无线传感网络的修正工作等方面。

结语：综上所述，在环境监测中应用无线传感网络技术，借助其相关功能充分提高环境监测质量、效率以及效果等。以室内环境角度分析，能够快速、同步监测甲醛指标、温度、湿度、光照度以及其他信息。同时该系统可以自动建立网络、实时性突出以及低耗能等特点，可以对室内环境相关信息高效、精准地监测，进而充分发现环境中有害物质，为人们生产与生活提供健康、绿色以及安全环境。当前，在环境监测方面，无线传感技术应用日益广泛，促使环境监测深入程度、覆盖面等获得实质性拓展，同时能够充分提高自动化操作能力，充分优化环境质量。

参考文献：

[1]陈镱， 王绍源， 陈清华. 基于无线传感网络的实时环境监测系统的设计与实现[J]. 仪表技术与传感器， 2018（09）：79-83.

[2]赵继春， 孙素芬， 郭建鑫，等. 基于无线传感器网络的设施农业环境智能监测系统设计[J]. 中国农机化学报， 2020， 314（04）：152-157.

[3]马荣华， 欧阳缮， 王鲁豫，等. 无线传感器网络环境监测系统设计与实现[J]. 桂林电子科技大学学报， 2019， 160（01）：45-51.

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