zigbee环境监测解决方案.docx
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zigbee环境监测解决方案
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篇一：
基于Zigbee技术的无线环境监测系统的设计
学生姓名学号
所在学院数学与计算机科学技术学院专业班级计算机科学与技术班指导教师
题目基于Zigbee技术的无线环境监测系统的设计
完成地点陕西理工学院
201年6月13日
本科毕业设计任务书
院（系）数学与计算机科学学院专业班级计算机科学与技术（计算机）学生姓名一、毕业设计题目基于Zigbee技术的无线环境监测系统的设计二、毕业设计工作自201年11月_27__日起至201年6月20日止三、毕业设计进行地点:
陕西理工学院四、毕业设计内容要求：
指导教师系（教研室）计算机工程教研室系（教研室）主任签名批准日期接受设计任务开始执行日期201学生签名
基于zigbee技术的无线环境监测系统的设计与实现
马强
（陕西理工学院数学与计算机科学学院计算机科学与技术专业13班）
指导教师：
陈
【摘要】本系统研究分析了传感器、ZigBee技术的基本理论，设计实现了基于zigbee无线环境监测系
统。
系统采用80C52单片机控制DHT11度传感器采集温湿度数据、zigbee无线模块进行数据传输，用户在服务器端可实时的对环境参数进行监测。
经过测试系统运行稳定，采集数据准确，可用于各种不同环境下的信息监测。
【关键词】DHT11；无线传感器；ZigBee；80C52
DesignandimplementationofwirelessenvironmentalmonitoringsystembasedonZigBeeTechnology
Malongqiang
（ShaanxiInstituteofmathematicsandcomputerscience,computerscienceandtechnologyprofessional
103class）
Teacher:
ChenYong
Abstract:
Thesystemanalysisofthebasictheoryofthesensor,theZigBeetechnology,designandimplementation
ofwirelessenvironmentalmonitoringsystembasedonzigbee.Thesystemuses80C52SCMcontrolDHT11temperatureandhumiditydatacollectedbysensors,ZigBeewirelessdatatransmissionmodule,userscanreal-timemonitoringofenvironmentalparametersontheserver.Afterthetestsystemisstable,accuratedatacollection,canbeusedformonitoringvariousenvironment.
Keyword:
DHT11;environmentalmonitoringwirelesssensor;ZigBee;80C52
目录
引言.......................................................11绪论.....................................................2
研究背景及现状.......................................2
研究目的及意义.......................................2开发工具的选择.......................................22硬件系统设计..............................................4
设计原则.............................................4硬件系统结构.........................................4数据采集模块.........................................6串口通信模块.........................................8相应供电模块.........................................93软件系统设计.............................................11
设计原则............................................11软件系统结构........................................11上位机监控软件设计..................................11单片机软件设计......................................11zigbee网络节点软件设计..............................14串口软件设计........................................154系统测试与实验结果分析..................................17
软件编译与烧写......................................17软件测试............................................17硬件测试............................................17温湿度传感器节点测试结果分析........................17致谢......................................................20参考文献...................................................21科技外文文献................................................1附录A：
源程序代码........................................29附录B：
系统使用说明......................................34
篇二：
基于ZigBee技术的电力环境监测系统设计
基于ZigBee技术的电力环境监测系统设计
摘要：
为了解决电力环境监测中的数据传输问题，提出了基于ZigBee技术的电力环境监测系统设计方案。
该系统通过ZigBee节点采集各种电力环境数据，并将ZigBee网络和GPRS相结合实现远程监测。
方案采用TI公司CC2430芯片设计传感器节点电路，在ZigBee协议栈的基础上设计了协调控制器节点，提高了系统的可扩展性，确保了数据传输的实时性和可靠性。
能源是发展经济、提高人民生活水平的重要物质基础，也是产生环境污染的重要来源。
电力作为一种重要的能源，其生产过程中会产生大量对环境有害的物质。
目前，电力工业的发展仍以火电为主，火电厂燃煤所产生的烟尘、二氧化硫、粉煤灰渣等都是污染环境的主要污染物。
因
此电力行业环境保护工作形式严峻，任务重大，环境保护问题已经成为直接影响我国电力行业长足发展的主要问题。
电力环境监测是电力环境管理所依赖的基础，1985年我国颁布的《火电厂环境监测条例》确立了电力环境监测工作在整个电力生产中的地位。
但是在及时准确地监测电力
环境变化和动态方面，数据传输、监测手段和数据准确性等问题的存在，严重制约了环境监测技术的发展。
1监测对象分析和存在的问题
电力环境监测涉及到发电、输电和配电各个环节，其中发电过程产生的环境问题是电力环境保护关注的重点。
目前我国发电用煤约占全国耗煤量的70%，煤炭在燃烧过程中会排放出大量的废气、废水和废渣，对环境造成极为不利的影响。
[1]监测对象分析电力环境监测的对象包括大气
污染物、水污染
物、灰渣污染物、噪声污染物和电磁辐射污染物。
大气污染物
大气污染物包括粉尘、SO2、NOx和CO2。
粉尘分为飘尘（10μm）2种，前者对人体危害最大。
SO2是燃料中的硫燃烧后生成的污染物，与水分子结合后会生成酸雨，对环境造成危害。
NOx与碳氢化合物共存于大气时，在紫外线的照射下可发生光化学反应，生成毒性很强的光化学烟雾。
水污染物灰水和温排水是电厂的重点污
染源。
温排水
直接排入电厂附近的水体，会造成局部水域的水体温度升高，形成一定的热污染带。
水体热污染会影响水质和水生生物的生态，给人类带来间接的危害。
灰渣污染物
电厂灰渣排放量的多少，主要取决于燃煤中的灰分、燃煤量和锅炉的燃烧效率。
我国电力系统的灰渣排放量达9936万t/a。
灰渣不仅占用了大量的土地，同时也给环境带来不利的影响。
噪声污染
构成电厂环境噪声的声源有机械动力噪声、气体动力噪声、燃烧噪声、电磁噪声、交通噪声和水动力噪声（如冷却塔落水声）。
前四类噪声源是形成电厂环境噪声的最主要部分。
电磁辐射高压输电线路产生的电磁辐射对
通信线路、
广播电视、人体的影响越来越受到人们的关注。
国家环保局于1997年3月25日颁发了《电磁辐射环境保护管理办法》，正式将电磁辐射管理纳入环境保护管理的范畴。
存在的问题
为了实现对污染信息的监测，必须对电力生
产过程中产生的环境污染物进行监测，通过采集设备进行数据采集，然后再通过网络进行传输，实现远程监控。
目前，普遍采用的是通过有线方式将各种信息传送到监控中心，然而现场监控点大多地域分散，环境恶劣，地势复杂，在实际应用中会遇到很多问题[2]：
（1）由于铺设构建有线传输网络涉及到的问题很多，施工复杂且构建专用网络的难度很大。
（2）由于电力环境监测的内容多、类型广，监测对象地理分布较为分散，所用的监测节点类型较多，采用有线方式监测不易实现。
（3）对于有线监测系统来讲，铺设时需要大量的通讯线缆和工程施工，成本相对较高。
基于电力环境的特点，即污染物的种类多、分布广，需要采用无线传输技术来完成数据的采集和处理。
ZigBee技术的提出为解决这些问题提供了很好的思路。
2ZigBee技术简介
Zigbee是IEEE协议的代名词。
根据这个协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术，主要适用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。
技术特点
基于ZigBee技术构建的无线网络具有如下一些特点：
（1）ZigBee协议下数据传输速率较低，一般为20~250kB/s，通常用于低传输率场合。
（2）节点的功耗低，ZigBee采用了DSSS技术来替代FHSS技术，同时应用了休眠唤醒机制作为工作模式。
（3）节点应用成本低，由于ZigBee数据传输速率低、协议简单，而且免专利费，所以使用成本较低。
（4）ZigBee的网络容量大，其网络模式为单一节点管理若干子节点，一个节点最多可以管理254个子节点。
同时管理节点还可由上一层网络节点来管理，最大可组成65536个节点的大型网络。
（5）节点间的通讯时延短，ZigBee系统针对时延敏感的应用做了优化，使得通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，通常情况下时延在15~30ms之间。
（6）系统安全性高，ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能，加密算法采用通用的AES2128，同时可以灵活确定其安全属性。
（7）网络可靠，采用碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。
（8）工作频段灵活，使用的频道分别为GHz、868MHz（欧洲）及915MHz（美国），均
为免执照频段。
[3]
ZigBee构架
ZigBee的协议栈结构如图1所示。
IEEE制定了物理层、MAC层和数据链路层的协议，网络层、应用层接口为ZigBee联盟所制定，应用层由用户自定义。
图1ZigBee协议栈结构
协议的最底层是物理层，物理层承担了与外界直接作用的功能，负责数据的调制、发送与接收工作。
在物理层（PHY）定义了两个标准，分别是GHz物理层和868MHZ/915MHz物理层；媒体访问控制采用了CSMA-CA的碰撞避免机制，其功能包括设备间无线链路的建立、维护和断开，确认模式的帧传送与接收、信道接入与控制、帧校验与快速自动请求重发、预留时隙管理以及广播信息管理等；网络层主要负责网络机制的建立与管理，实现自我组态与自我修复功能，实现节点加入或离开网络、接收或抛弃其他节点以及路由查找和传送数据等功能，支持多种路由算法和多种网络拓扑结构；应用接口层主要负责把不同的应用映射到ZigBee网络上，主要包括安全属性设置和多个业务数据流汇聚等功能[4]。
应用层的主要功能是实现网络上不同设备间的应用信息获取、通信和设置服务，它要求应用层协议提供对连续、离散等不同控制应用的支持[3]。
无线网络类型
ZigBee具有三种网络拓扑结构，即星型、簇状树型和网状型[3~4]，如图2所示：
星型网络模型是一个中心式的控制网络，由1个协调器节点和多个终端节点组成，各个终端节点都通过协调器节点实现节点间的通信；树型模式网络增加了路由节点，各个终端节点不但可
图2ZigBee网络拓扑类型
以自由地接入协调器节点，也可以接入路由节点，但路由节点之间不能相互直接通信，它们之间的通信是通过协调器节点的路由功能完成的[5]；网状型是最为灵活的网络模式，它能够采用自组织功能和无线路由功能提供多个数据通信路径，而且当最优通信路径发生故障时，网络会在冗余的其他路径中自适应地选择最优路径供进行数据通信。
3电力环境监测系统设计总体构架
基于ZigBee技术构建了适用于电力环境监测的系统构架。
终端采集点被安装在各个企业中，采集端由各类型化学传感器、温湿度传感器、单片机和CC2430组成，一旦传感器节点被激活，它将把搜集到的信息发送到总节点。
总节点的无线收发芯片处在长期工作状态，负责记录辖区内传感器的汇报数据。
总节点将定期把数据发送到GPRS基站，由运营商提供的信道传给数据中心主机。
系统结构框架如图3所示。
整个系统由监控主机、GPRS模块、ZigBee协调器节点、ZigBee路由器节点及ZigBee终端节点组成。
整个系统采用树型网络模式，采用这种模式有利于自由地扩展网络结点数量和范围。
这种模式非常适合地理环境复杂且采集节点较多的无线通信网络。
图3电力环境监测系统构架
基于ZigBee的电力环境监测系统参考网络体系结构OSI模型确定现场实际需求的ZigBee无线传感器网络，将数据通过网关传输至存储器，利用专家库、信息库等将数据模型或设备信
息提供给分析者，通过上位机和远程监控完成管理控制功能。
在数据采集区，ZigBee无线传感器网络覆盖整个需要电力环境监测区域，固定数据采集节点和移动数据采集节点分别部署在区域内各个需要监测的点位上，为系统提供原始数据。
系统中终端节点的工作方式采用了定时唤醒方式，运行时定时地从休眠状态中唤醒并开始数据采集，同时向ZigBee路由节点发送信息，发送完成后又再次进入定时休眠状态，整个系统以这种间歇方式进行工作。
系统中的路由节点将收集到的数据发送给协调器节点，最后通过GPRS网关模块将数据上传到远方监控中心的服务器。
系统将采集到的数据传输到上位机数据库，为上位机专家库、BP识别等提供数据。
系统的存储功能对采集到的数据进行存储和更新，为分析控制区提供信息。
最终用户通过分析运算存储区提供的采集数据并作出决策，从而监测电力环境变化、危险或问题，以便及时进行相应联动控制。
硬件实现
对于网络节点的设计，要考虑尽可能使用低电压、低功耗的芯片，软件上可以添置电源管理功能，合理分配能量。
节点体积应足够小，保证对目标系统本身特性不会构成影响，另外也方便部署，采用模块化设计，根据不同的需要可以添加不同的功能模块。
针对电力环境监测系统的设计，采用TI公司的ZigBee系列芯片CC2430为核心来设计整个硬件平台。
该芯片兼容IEEE标准，具有8051单片机，其在单芯片上集成了ZigBeeRF前端、存储器和微控制器。
另外，CC2430内部还包含了模数转换器（ADC）、定时器、AES-128协处理器、看门狗、32kHz晶振时钟、上电复位电路、掉电检测电路以及21个可编程I/O接口。
CC2430的使用十分方便，只需要极少的外围电路支持。
采集终端的硬件结构见图4。
节点软件设计
ZigBee协议栈提供了一些应用程序接口函数，用户可以通过调用这些函数来编写自己的应用程序。
程序流程图如图5所示：
4结论
电力环境监测作为环保监测的一个重要组成部分，其监测对象数量多，监测内容复杂，在监测数据传输方面有很多问题。
ZigBee技术具有低
图4采集终端结构
图5系统程序流程
成本、低功耗、自动组网、协议免费等特点，其应用范围涵盖了工业、民用和医疗等各个领域。
采用基于ZigBee技术的无线数据传输模式可以在一定程度上解决电力环境监测过程中监控信息数据传输问题，具有很好的应用前景。
篇三：
基于zigbee技术的家居环境监测系统的设计与实现最终版
基于ZigBee技术的家居环境监测系统的设计与实现
摘要：
环境是人们赖以生存的必要条件，随着现代化信息技术的迅猛发展和提高，人们对自己的生活环境有了更高的要求，希望自己的生活环境健康、舒适。
近些年，特别是人类在信息技术上的快速发展，使得各种无线通信技术有了前所未有的突破，无线技术在智能家居上的应用将越来越广泛。
因此，本文利用ZigBee技术设计出了这种无线家居环境监测系统。
该系统中，传感器节点（即终端节点）可以选择温度、湿度、亮度等传感器，并且可以根据需求添加或减少传感器节点。
所以本文无线网络终端模块选用的CC2530芯片为平台，以实现信息数据的接收与发送。
此芯片内置8051内核的单片机内核，并有一定的内存空间，故只要加上些少许外围电路就可以实现功能，无需再加单片机。
在数据接收端（即协调器节点）收到的数据处理传送到PC机上显示。
为了让用户方便监测数据，本文在PC机上设计了显示界面，让人们更加方便操作及监测数据。
本系统运行可靠，能正确获取环境数据，实现实时监测。
关键词：
ZigBee;无线传感器网络;环境监测;智能家居
DesignandRealizationofHouseholdEnvironment
MonitoringSystemBasedonZigBeeTechnology
Abstract：
Environmentisanecessaryconditionforsurvival.Withtherapiddevelopmentandimprovementofmoderninformationtechnology,peoplehavehigherrequirementsfortheirlivingenvironment.Theyhopetheylivehealthilyandcomfortably.Duringrecentyears,especiallythequickdevelopmentofinformationtechnologywhichenablesallkindsofwirelesscommunicationtechnologytoimproveunprecedentedly.So,thethesisutilizesZigBeetechnologytoexploitanddesignthewirelesshomeenvironmentalmonitoringsystem.Inthesystem,thesensornode（aswellasterminalnode）canchoosetemperature,humidity,brightnessetc.Therefore,thewirelessnetworkterminalmoduleofthethesischoosetheCC2530chipastheplatformforrealizingreceivingandsendingoftheinformationdata.Thechiphasasinglechipwith8051coreandhascertainmemoryspace.Thus,itcanrealizeitsfunctionbyaddingalittleperipheralcircuitwithoutextrasinglechip.Thereceiveddataprocessinginthedatareceivingterminal（thatiscoordinatornode）sendtoPCforpeople’sreal-timemonitoring.Thethesisdesignedt
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