無線傳感器網絡室內空氣質量檢測系統

鄭淼淼

摘要：針對傳統空氣質量檢測系統存在的問題，提出了一種基于無線傳感器網絡的室內空氣質量檢測系統。詳細闡述了無線傳感器網絡室內空氣質量檢測系統的設計思想、硬件結構和軟件的設計方法。使用CC2530組成無線傳感器網絡，采用多個傳感器節點對室內一氧化碳、二氧化碳、氧氣、甲醛、PM2.5以及溫濕度進行檢測，實時顯示檢測結果并進行超限報警。

關鍵詞：無線傳感器網絡;空氣質量;檢測

中圖分類號：TP277;TU855? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）26-0045-02

開放科學（資源服務）標識碼（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

隨著社會發展水平的提高，室內空氣環境質量是人們追求幸福美好生活的重要關注點。我國對室內空氣環境的治理要求在不斷地提高[1]。2020年8月1日住房和城鄉建設部頒布了新修訂的《民用建筑工程室內環境污染控制標準》（GB 50325-2020），對室內空氣中污染物、污染物含量（釋放量）限量及測定方法、室內裝飾裝修設計提出了污染控制預評估要求及材料選用具體要求、幼兒園、學校教室、學生宿舍等裝飾裝修提出了更加嚴格的污染控制要求、室內空氣中污染物濃度限量值等方面做了最新修訂。傳統的室內空氣質量檢測系統存在布置困難、組網通信不便等諸多固有缺點，本文基于無線傳感器網絡技術，提出了一種針對室內環境的空氣質量檢測系統，將一氧化碳、二氧化碳、甲醛等氣體濃度傳感器布置于室內各個區域，通過無線傳感器網絡進行數據傳輸與處理，并能通過互聯網連接上位機對用戶進行報警等服務。

2 室內氣體無線檢測技術

目前無線傳輸通信技術主要有ZigBee、紅外、藍牙、Wi-Fi、GPRS/GSM等。紅外線是一種頻率低于可見光的電磁波，其波長較短，只適用于點對點的短距離無線通信。藍牙使用通用的2.4GHz ISM頻段，使用IEEE802.15協議。藍牙具有跳頻的功能，安全性和抗干擾能力強，但傳輸距離較短，主要工作范圍在10米左右，經過增加射頻功率可以擴展到100米。Wi-Fi 是IEEE 802.11標準的無線局域網技術，其無線通信質量有待進一步提升，數據安全性能遜于藍牙，傳輸質量也有待提高，優點是傳輸速度非?？欤梢赃_到9.6Gbps。ZigBee是一種近年來新興的基于IEEE的802 15.4標準的無線連接技術，使用2.4GHz頻段時最高速度可達250kbit/s，傳輸距離可達百米。ZigBee具有低成本、易于組網等突出優點，非常適用于大面積大范圍無線檢測系統[2]。

3 系統組成與工作原理

本系統采用ZigBee技術作為無線組網通信方式。系統主要由傳感器節點、協調器和監控終端構成。系統將無線傳感器節點分布于室內的監測區域，這些傳感器節點以自組織和多跳的方式構成無線傳輸網絡，傳感器節點自動完成網絡偵測與加入，自動完成組網通信，區域內傳感器節點自發感知，自主多跳組網，完成數據采集與傳輸處理，并通過協調器把感測數據發送給監控終端。

傳感器節點連接空氣質量傳感器陣列，可以檢測CO、[CO2]、PM2.5、甲醛、臭氧、溫濕度等等空氣參數，節點之間采用ZigBee技術進行無線組網。傳感器節點將數據采集處理后傳送給協調器，協調器將數據處理后打包傳送給監控終端。所有接收到的數據可以在監控終端進行處理、分析和顯示。系統可以預設各類空氣質量參數閾值，當相關參數超過閾值后，系統報警。

4 系統設計

4.1 傳感器節點電路設計

系統中的節點包括空氣質量參數采集節點和協調器節點。節點組成電路包括處理器模塊，射頻天線模塊，傳感器陳列和其他擴展單元。特別指出的是，低功耗是節點設計需要考慮的重要問題，實際中往往采用電池供電，并進行電源管理和監控。根據實際情況，本系統采用CC2530作為傳感器網絡的主控芯片，其內部集成了射頻模塊和存儲器，極大簡化了系統節點設計，提高了工作效率和系統可靠性[3]。數據采集節點系統框圖如圖1所示。