室内微小气候在线监测系统

发布时间：2020-10-17 16:07

　　随着人们追求健康幸福生活的要求不断提高,人们更加关注室内环境健康。室内微小气候监测系统主要对室内小范围区域内的环境气候进行检测,PM2.5、温度、湿度、烟雾等都是微小气候研究的对象,监测室内微小气候对于创造健康生活有着重大意义。为了实时掌握室内如家庭、办公场所的微小气候,本文设计了基于ZigBee技术的室内微小气候在线监测系统。主要完成了以下工作:(1)在调研国内外环境监测研究现状的基础上,提出一种新型的基于ZigBee无线传感技术的室内微小气候在线监测系统。系统主要由无线终端采集节点、协调器节点和上位机软件三部分组成。(2)完成硬件电路的设计。硬件电路以CC2530射频单片机为控制核心,主要包含终端节点电路和协调器节点电路。终端节点采集温度、湿度、PM2.5和烟雾等微小气候数据并以ZigBee无线传输的方式发送到协调器,协调器通过无线方式获得终端数据并通过串口与上位机通信。(3)在IAR System开发平台采用C语言设计了硬件电路程序。主要包括终端节点对室内微小气候信息的采集程序、终端节点无线发送数据程序、协调器自组网程序和协调器接收、解析终端数据包程序。(4)在Visual Studio2010开发平台利用VC++开发了上位机监测软件。上位机能够通过串口与硬件电路通信来获取室内微小气候环境数据,具有实时数据更新、温湿度曲线描绘和烟雾浓度超标报警功能,同时建立与OneNET云服务器的联系,将数据存储到云端。测试表明,该系统能够多点无线检测室内微小气候环境数据,设备节点可自发形成ZigBee网络,连接上位机可实现数据显示和云端存储,方便用户实时掌握室内微小气候数据。系统工作性能稳定、实用性强,易于推广和扩展。
【学位单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TP311.52;TN92
【部分图文】：

星形拓扑结构,频段

在ＩＳＭ频带，也叫公共频段，不需要许可就可使用，这些频段包括ＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ、??Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ?ａｎｄ?Ｍｅｄｉｃａｌ－工业、科学和医疗）频段。在ＩＥＥＥ?８０２．１５．４中共规定了??２７个信道如图２．１所示。??Ｃｈａｎｎｅｌ?０?Ｃｈａｎｎｅｌｓ?１－１０?，?＾．＜Ｌｉ??８６８ＭＨｚ／９１５ＭＨｚ?￣１?ｈ?２ＭＨｚ??ＰＨＹ?，?ｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌ??Ｂｍ．ＺＭＨｚ?ｍ２ＵＨｚ?ｉ２８ＭＨｚ??２．４?ＧＨｚ??ＰＨＹ?Ｃｈａｎｎｅｌｓ?１１－２６?一丨?ｊ—ｓｍｈ！??２４?ＧＨ２?２．？３５ＧＨｚ??图２．１频率和信道分配图??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ａｎｄ?ｃｈａｎｎｅｌ?ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ??ＩＥＥＥ?８０２．１５．４标准中定义了两个频段，２．４ＧＨｚ频段和８９６／９１５ＭＨｚ频带，??ＺｉｇＢｅｅ在不同地区的频率工作范围如表２．２所示。??表２．２国家和地区ＺｉｇＢｅｅ频率工作范围??Ｔａｂｌｅ?２．２?ＺｉｇＢｅｅ＇ｓ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｒａｎｇｅ?ｉｎ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ａｒｅａｓ??频率?频带?覆盖范围?数据传输速度?信道数量??２．４ＧＨｚ?ＩＳＭ?全球?２５０ｋｂｐｓ?１６??９１５ＭＨｚ?ＩＳＭ?美洲?４０ｋｂｐｓ?１０??８９６ＭＨｚ?ＩＳＭ?欧洲?２０ｋｂｐｓ?１??２．１．３?Ｚｉｇｂｃｃ网络拓扑??ＺｉｇＢｅｅ技术具有强大的组网能力，支持星形、树形以及网状网络拓扑方式。??网络中一般会存在３种设备

拓扑结构图,拓扑结构

应用层是看不到路由进程的。这种拓扑结构扩展性好，一个协调器可以连接很??多的路由，路由又将连接更多的终端节点，因此树形网络拓扑结构在较大范围??的场合应用中更具优势。树形拓扑结构见图２．３。??＿?ＰＡＮ协调器修路由器〇终端设备??图２．３树形拓扑结构??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｒｅｅ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ??（３）网络拓扑??网状拓扑结构与树形结构看起来很相似，但是网状拓扑网络中路由节点之??间可以直接传输信息，这在树形结构中是没有的，每一个节点都连接了至少两??个其他节点，这种路由机制也大大提高了传输效率，一个路由出了问题，信息??可以选择其他路由继续传递下去［３１１。可以看出，网状拓扑的通信功能最强大，??但同时它占据的存储空间也会加大，对系统能量的消耗也会增加［３２］。拓扑结构??见图２．４。??〇－一？？．．．．．ａ＂?＇＇」?？路由器??Ｑ终端设备??图２．４网状拓扑结构??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｍｅｓｈ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ??室内微小气候在线监测系统监测范围较小，传输距离较短，采集数据信息??量不大。ＺｉｇＢｅｅ的星形拓扑结构组网方便，功耗较低，而且可以容纳较多的传??感器数量

网状拓扑结构