基于ZigBee與因特網(wǎng)的低功耗智能樓宇環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

王佳峰 王玉明 胡斌 姚遠(yuǎn) 黃麗華 嚴(yán)繼利

摘要：該文研究應(yīng)用ZigBee技術(shù)，結(jié)合Internet網(wǎng)絡(luò)，提出了以CC2530芯片為核心的智能樓宇環(huán)境監(jiān)測(cè)混合傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案，完成了小型ZigBee網(wǎng)絡(luò)的搭建。監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)有傳感器、協(xié)調(diào)器和上位機(jī)軟件組成，其中，傳感器節(jié)點(diǎn)采集環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)傳送到遠(yuǎn)端上位機(jī)監(jiān)測(cè)平臺(tái)。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)環(huán)境溫濕度、煙霧、火焰等參數(shù)的連續(xù)監(jiān)測(cè)，傳感器測(cè)量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，滿足預(yù)期效果。

關(guān)鍵詞：傳感器網(wǎng)絡(luò)；數(shù)據(jù)采集；智能樓宇

中圖分類(lèi)號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2019）06-0186-03

1 引言

傳統(tǒng)的無(wú)線傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)具有監(jiān)測(cè)距離近，監(jiān)測(cè)效果容易受環(huán)境因素影響。無(wú)線與有線結(jié)合的混合式傳感器監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)具有部署靈活，監(jiān)測(cè)范圍廣，受環(huán)境影響小的特點(diǎn)[1]。

ZigBee技術(shù)具有功耗低、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，特別適合要求傳輸距離近、數(shù)據(jù)率低的應(yīng)用場(chǎng)景[2-3]。德州儀器（TI）推出的CC2530片上系統(tǒng)是低功耗、高可靠和組網(wǎng)簡(jiǎn)單的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)優(yōu)秀解決方案。同時(shí)，Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成熟，部署成本低，適合遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸[4]。

以ZigBee與Internet技術(shù)相結(jié)合的混合式智能樓宇環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)樓宇環(huán)境內(nèi)的溫度、濕度、煙霧、火警等參數(shù)。傳感器節(jié)點(diǎn)將采集到的信息以無(wú)線傳輸?shù)絽f(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器再通過(guò)Internet有線網(wǎng)絡(luò)將采集到的信息傳送給遠(yuǎn)端上位機(jī)軟件，系統(tǒng)能對(duì)目標(biāo)環(huán)境的溫度、濕度、煙霧和火警信息等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并預(yù)警。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)一般由傳感器、微處理器、無(wú)線通信、電源等模塊構(gòu)成。本設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成部分中微處理器和無(wú)線通信模塊采用德州儀器公司CC2530系統(tǒng)級(jí)芯片，并配以支持輔助電路組成，系統(tǒng)軟件主要包括采集節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和上位機(jī)等軟件。在ZigBee與Internet技術(shù)相結(jié)合的混合式智能樓宇環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)采集傳感器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集環(huán)境數(shù)據(jù)、存儲(chǔ)、處理，然后進(jìn)行封裝并以無(wú)線方式發(fā)送數(shù)據(jù)至協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)匯集各傳感器節(jié)點(diǎn)采集的環(huán)境數(shù)據(jù)并以Internet有線方式傳輸數(shù)據(jù)至遠(yuǎn)端上位機(jī)軟件平臺(tái)，最有由上位機(jī)軟件存儲(chǔ)、顯示環(huán)境參數(shù)值。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中采用德州儀器公司開(kāi)發(fā)的CC2530片上系統(tǒng)集成芯片，其優(yōu)化實(shí)現(xiàn)了ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。CC2530系統(tǒng)級(jí)芯片組網(wǎng)方式靈活，成本低廉，系統(tǒng)支持32MHz和32.768KHz兩種工作頻率，易于實(shí)現(xiàn)低功耗網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。CC2530配合很少的外圍元件及其支持電路就可以組成無(wú)線通信模塊。CC2530外圍電路如圖2所示。

系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)傳輸采用無(wú)線與有線相接結(jié)合方式，使用Prolific 公司生產(chǎn)的一種高度集成的RS232-USB接口轉(zhuǎn)換器作為無(wú)線與有線轉(zhuǎn)換部件，數(shù)據(jù)采集傳感器將采集數(shù)據(jù)以無(wú)線方式發(fā)送至接口轉(zhuǎn)換器，接口轉(zhuǎn)換器通過(guò)Internet接口以有線方式將采集數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)端上位機(jī)軟件平臺(tái)[6]。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與驗(yàn)證

數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)實(shí)際采集監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并判斷數(shù)據(jù)完整性，如果數(shù)據(jù)完整，則發(fā)送數(shù)據(jù)到監(jiān)測(cè)終端節(jié)點(diǎn)，并由終端節(jié)點(diǎn)通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，最終通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸給上位機(jī)軟件。數(shù)據(jù)采集程序框圖如圖7所示。采集終端節(jié)點(diǎn)程序框圖如圖8所示，終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)初始化節(jié)點(diǎn)，并接收采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)初始化網(wǎng)絡(luò)，接收終端節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并通過(guò)Internet網(wǎng)絡(luò)傳輸給遠(yuǎn)端的上位機(jī)軟件。協(xié)調(diào)器端節(jié)點(diǎn)程序框圖如圖8所示。

監(jiān)控端上位機(jī)軟件負(fù)責(zé)處理、顯示采集數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)異常產(chǎn)生報(bào)警指令，啟動(dòng)監(jiān)控端報(bào)警器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果演示如圖10所示。

4 總結(jié)

ZigBee與Internet技術(shù)相結(jié)合的混合式智能樓宇環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)符合要求，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，響應(yīng)速度快。同時(shí)系統(tǒng)還具有低成本、易部署、易擴(kuò)展等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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