无线传感器网络室内空气质量检测系统

郑淼淼

摘要：针对传统空气质量检测系统存在的问题，提出了一种基于无线传感器网络的室内空气质量检测系统。详细阐述了无线传感器网络室内空气质量检测系统的设计思想、硬件结构和软件的设计方法。使用CC2530组成无线传感器网络，采用多个传感器节点对室内一氧化碳、二氧化碳、氧气、甲醛、PM2.5以及温湿度进行检测，实时显示检测结果并进行超限报警。

关键词：无线传感器网络;空气质量;检测

中图分类号：TP277;TU855      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2021）26-0045-02

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Indoor Air Quality Detection System Based on Wireless Sensor Network

ZHENG Miao-miao

（Huainan Nanshan Town Construction Investment Co.， Ltd.， Huainan 232001， China）

Abstract： In response to the problems in traditional air quality detection system， based on wireless sensor network， the design scheme of indoor air quality detection system is proposed. The design idea， hardware structure and software design method of indoor air quality detection system are given in details. At the perception level， the CC2530 is used to form a wireless sensor network. Multiple sensor nodes are used to detect indoor carbon monoxide， carbon dioxide， oxygen， formaldehyde， PM2.5 and temperature and humidity.  The real-time detection results are displayed and overrun alarm is given.

Key words： wireless sensor network; air quality; detect

1 背景

隨着社会发展水平的提高，室内空气环境质量是人们追求幸福美好生活的重要关注点。我国对室内空气环境的治理要求在不断地提高[1]。2020年8月1日住房和城乡建设部颁布了新修订的《民用建筑工程室内环境污染控制标准》（GB 50325-2020），对室内空气中污染物、污染物含量（释放量）限量及测定方法、室内装饰装修设计提出了污染控制预评估要求及材料选用具体要求、幼儿园、学校教室、学生宿舍等装饰装修提出了更加严格的污染控制要求、室内空气中污染物浓度限量值等方面做了最新修订。传统的室内空气质量检测系统存在布置困难、组网通信不便等诸多固有缺点，本文基于无线传感器网络技术，提出了一种针对室内环境的空气质量检测系统，将一氧化碳、二氧化碳、甲醛等气体浓度传感器布置于室内各个区域，通过无线传感器网络进行数据传输与处理，并能通过互联网连接上位机对用户进行报警等服务。

2 室内气体无线检测技术

目前无线传输通信技术主要有ZigBee、红外、蓝牙、Wi-Fi、GPRS/GSM等。红外线是一种频率低于可见光的电磁波，其波长较短，只适用于点对点的短距离无线通信。蓝牙使用通用的2.4GHz ISM频段，使用IEEE802.15协议。蓝牙具有跳频的功能，安全性和抗干扰能力强，但传输距离较短，主要工作范围在10米左右，经过增加射频功率可以扩展到100米。Wi-Fi 是IEEE 802.11标准的无线局域网技术，其无线通信质量有待进一步提升，数据安全性能逊于蓝牙，传输质量也有待提高，优点是传输速度非常快，可以达到9.6Gbps。ZigBee是一种近年来新兴的基于IEEE的802 15.4标准的无线连接技术，使用2.4GHz频段时最高速度可达250kbit/s，传输距离可达百米。ZigBee具有低成本、易于组网等突出优点，非常适用于大面积大范围无线检测系统[2]。

3 系统组成与工作原理

本系统采用ZigBee技术作为无线组网通信方式。系统主要由传感器节点、协调器和监控终端构成。系统将无线传感器节点分布于室内的监测区域，这些传感器节点以自组织和多跳的方式构成无线传输网络，传感器节点自动完成网络侦测与加入，自动完成组网通信，区域内传感器节点自发感知，自主多跳组网，完成数据采集与传输处理，并通过协调器把感测数据发送给监控终端。

传感器节点连接空气质量传感器阵列，可以检测CO、[CO2]、PM2.5、甲醛、臭氧、温湿度等等空气参数，节点之间采用ZigBee技术进行无线组网。传感器节点将数据采集处理后传送给协调器，协调器将数据处理后打包传送给监控终端。所有接收到的数据可以在监控终端进行处理、分析和显示。系统可以预设各类空气质量参数阈值，当相关参数超过阈值后，系统报警。

4 系统设计

4.1 传感器节点电路设计

系统中的节点包括空气质量参数采集节点和协调器节点。节点组成电路包括处理器模块，射频天线模块，传感器陈列和其他扩展单元。特别指出的是，低功耗是节点设计需要考虑的重要问题，实际中往往采用电池供电，并进行电源管理和监控。根据实际情况，本系统采用CC2530作为传感器网络的主控芯片，其内部集成了射频模块和存储器，极大简化了系统节点设计，提高了工作效率和系统可靠性[3]。数据采集节点系统框图如图1所示。