基于无线传感网络的环境监测系统
基于无线传感网的环境监测系统设计与实施
基于无线传感网的环境监测系统设计与实施引言：随着现代科技的发展，环境监测系统在各个领域中起到了重要的作用。
传统的环境监测方法有诸多限制，如高成本、复杂设备运维和数据收集等问题。
然而，基于无线传感网的环境监测系统可以克服这些问题，并为我们提供更精准、高效的环境数据。
一、系统总体设计基于无线传感网的环境监测系统由传感器网络、数据采集节点、数据传输和云平台等组成。
首先，设置合适的传感器节点分布，并设计稳定的网络拓扑结构。
其次，选择合适的传感器设备和数据采集节点，以满足环境监测的需求。
最后，建立数据传输通道，将采集到的环境数据传输到云平台进行存储和分析。
二、传感器节点的选择与布局在设计环境监测系统时，需要选择适合的传感器设备。
根据不同的环境监测需求，可以选择温度传感器、湿度传感器、气体传感器等。
同时，在传感器节点的布局上，应考虑到环境的复杂性和范围。
通过合理的布局，能够充分覆盖监测区域，提高数据采集的准确性和全面性。
三、数据采集与传输数据采集节点是系统中非常关键的部分，负责采集传感器节点上的数据。
在设计数据采集节点时，需要考虑数据采集的频率和精确度。
可以通过设定合适的采样间隔和数据压缩算法，实现对环境数据的高效采集和传输。
传感器节点采集到的数据可以通过有线或无线方式传输给数据处理中心。
四、数据处理与分析在数据处理环节，需要对采集到的环境数据进行预处理和清洗。
对于大量的数据，可以采用数据压缩和降噪技术，减少数据传输的开销。
而后，利用机器学习和数据挖掘等技术，对环境数据进行分析和建模。
通过对环境数据的分析，可以提取出有价值的信息，为环境监测和控制提供支持。
五、云平台的搭建与应用云平台承担着存储、管理和分析大量环境数据的功能。
在搭建云平台时，需要考虑到数据的安全性和稳定性。
可以利用云计算技术，设计分布式数据库和并行计算模型，实现对环境数据的快速存储和处理。
同时，为用户提供友好的界面和数据可视化工具，方便用户查看和分析环境数据。
无线传感器网络在环境监测系统中应用论文
无线传感器网络在环境监测系统中的应用【摘要】本文介绍了在环境监测系统中应用无线传感器网络技术的几点优势，分析了基于无线传感器网络技术的环境监测系统的体系结构，给出了三个典型应用领域中该系统的创新性构建方案，并对该类系统中的几种关键技术进行了研究，最后对无线传感器网络技术的应用前景进行了展望。
【关键词】无线传感器网络 zigbee ieee 802.15.4 能源管理数据融合近年来，随着无线传感器网络技术的迅猛发展，以及人们对于环境保护和环境监督提出的更高要求，越来越多的企业和机构都致力于在环境监测系统中应用无线传感器网络技术的研究。
通过在监测区域内布署大量的廉价微型传感器节点，经由无线通信方式形成一个多跳的网络系统，从而实现网络覆盖区域内感知对象的信息的采集量化、处理融合和传输应用。
无线传感器网络技术是应用性非常强的技术，它在当前我国环境监测系统中的应用潜力是巨大的。
一、无线传感器网络和zigbee无线传感器网络（wireless sensor network，wsn）是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器结点通过无线通信技术自组织构成的网络系统。
人们可以通过传感器网络直接感知客观世界，在工业自动化领域，利用无线传感器网络技术实现远程检测、控制，从而极大地扩展现有网络的功能。
传感器网络、塑料电子学和仿生人体器官又被称为全球未来的三大高科技产业。
zigbee是一种新兴的短距离、低功耗、低数据速率、低成本、低复杂度的无线网络技术。
二、ieee 802.15.4/zigbee协议1、ieee 802.15.4标准ieee标准化协会针对无线传感器网络需要低功耗短距离的无线通信技术为低速无线个人区域网络（lr—wpan）制定了ieee 802.15.4标准。
该标准把低能量消耗、低速率传输、低成本作为重点目标，旨在为个人或者家庭范围内不同设备之间低速互连提供统一标准。
同时zigbee联盟也开始推出与之相配套的网络层及应用层的协议，目的是为了给传感器网络和控制系统推出一个标准的解决方案。
基于CC2530-ZigBee的无线传感器网络的工业环境监测系统
苏州科技学院 张靓 ，郝万君 ，王鑫 ，徐 伟
半导 体 电子行 业主 要面 向精 密微 范 围是 一 ０ ～＋１ ５ ，采 集 精 度 可 相 连并 布置在 监测 区 ，负责以特 定 的 ４℃ ２℃
．℃ 数 电子 、集成 芯片 、光 电元 器件等 产 品 达 ±０ ５ 。 其 采 用 ＳＰＩ 据 接 口与 时 间 间 隔 采 集 温 、 湿 度 传 感 器 的 测 量 的 制 造 。 在 产 品 的 生 产 、储 存 及 运 输 ＣＣ ５ ０ ｉ ｂ ｅ 块 进 行 通 信 ，大 大 信 息 并 将 此 信 息 存 储 在 本 地 Ｆ ａｈ 。 ２ ３一Ｚ ｇ ｅ 模 ｌｓ 上
２ 汇 聚 节 点 （ ｉｋ Ｎ ｄ ） Ｓｎ ｏ ｅ 汇 聚 节 点 布 置 在 测 量 区 域 的边
用 以接 收和 存储 传感 器节 点的监 测结 缘 ，负责 接收 和存 储 由各 个传感 器节
Ｚｇ ｅ ｉ Ｂｅ 技术 ，从Ｉ Ｅ ８ ２ １ ． 果 ；基 站节 点连 接汇 聚节 点与监 控 中 点 发送 的温湿 度测量 结果 。 当汇聚节 Ｅ Ｅ ０ ．５４ 基 础上 发展 起来 的 ，是 最新 的一种 近 心 的计 算机 ，负 责传 感器 网络与 信息 点 接收 到数据 传送 的命令后 ，向其上 距离 、低 复 杂度 、低功 耗 、低数据 速 管理计算机之 间的通信 。 率 、低成 本 的双 向无线 通信 技术 ，该
要 及时 了解 监测情 况时 ，传 感器节 点
路 冗 余 复 杂 ，不 适 合 大 范 围 多 数 量 放 ３ 汇 聚 节 点 以 及 １ 基 站 节 点 ，如 图 也 具 备 以 独 立 数 据 包 的 形 式 向 接 收 设 个 个
基于无线传感器网络的环境监测系统设计与应用
２ 环境监测系统的目的与特点
环境监测系统的目的是为了实时掌控周边环境的情况， 并为环境控制提供数据基础，环境监测系统的目的可以概括 为以下几点：（1）判断环境质量，根据环境检测的相关标准 判断环境中的污染物是否达标；（2）污染物分布仿真，对 环境中的污染物进行实时采集，分析污染物分布情况，从而 寻找污染物源头，为污染控制提供依据；（3）环境数据统计， 对环境中的数据进行实时记录，为环境法规的制定提供基础； （4）为环保措施的制定提供数据基础，保证相关措施符合
４ 无线环境监测系统硬件设计
基于 WSN 的环境监测系统的硬件主要包括两类，一种 是可以实现全功能的设备，这类设备具备较大储存空间，这 些空间可以用来储存各类路由信息，且信号处理能力较强； 另一种是简化功能的设备，这类设备性能一般，但功率消耗
基金项目：贵州省科技厅联合基金项目（项目编号：LH 字 [2014]7476）。 作者简介：赵丽芬（1986-），女，河南濮阳人，硕士，讲师。研究方向：传感器网络技术。
１ 无线传感器网络分析
无线传感器网络实质上属于物联网技术的重要分支，其 由大量传感器节点组成，最终形成大规模、自组织的网络， 是分布式信息技术、无线通信技术、传感器技术的完美结合。 WSN 通过传感器节点监控环境中的各种数据，传感器节点采 集数据后传输给嵌入式系统，之后由嵌入式系统将信息传输 给汇聚节点，最后由汇聚节点通过互联网传输给信号终端。 WSN 一般包括了四个模块，即传感器模块、处理器模块、无 线通信模块以及电池组模块。传感器负责采集数据，并将信 号转化为数字信号，处理器负责信号处理与调度，无线通信 模块负责信号传输，电池组模块负责为系统提供电能，并控 制电能稳定输出。
６ 结 语
基于 WSN 的环境监测系统可以有效克服传统有限传感 器网络的缺陷，高效实时监测环境中的各项指标。环境监测 作为环境控制的首道环节，为环境治理提供了参考依据。传 统的环境监测系统包括了集中式监控、集散式监控以及总线 监控等，但这些环境监控系统均存在较大缺陷，有线环境监 控系统可靠性较高，但难以克服地域限制，且系统重用性较 差，系统构建成本较高。基于 WSN 的环境监测系统具备建 设周期短、成本低、维护方便等特点。本文阐述了 WSN 的 构架与特点，并基于 WSN 构建了新型环境监测系统，希望 本文的研究有利于环境监测系统的快速发展。
《基于无线传感网的环境监测系统的研究与实现》范文
《基于无线传感网的环境监测系统的研究与实现》篇一一、引言随着科技的进步与环保意识的增强，环境监测已经成为保护环境与自然资源的重要手段。
基于无线传感网络（Wireless Sensor Network, WSN）的环境监测系统能够有效地解决复杂环境下信息获取和传输的问题。
本文将对基于无线传感网的环境监测系统的研究与实现进行详细的探讨，并针对具体的技术难点进行剖析和解决方法的分析。
二、系统架构及技术难点2.1 系统架构基于无线传感网的环境监测系统主要由传感器节点、网关节点、数据中心等部分组成。
传感器节点负责环境信息的采集和传输，网关节点负责数据的汇聚和传输至数据中心，数据中心负责数据的处理、存储和分析等任务。
2.2 技术难点（1）数据采集：如何在复杂的自然环境中获取准确的实时数据是一个重要问题。
此外，还需要考虑数据传输的可靠性和稳定性。
（2）能源效率：无线传感器网络通常使用电池供电，因此，如何在长时间内保证网络的正常运转是另一个重要的问题。
（3）网络安全：在传输敏感的监测数据时，如何确保数据的完整性和保密性也是不容忽视的问题。
三、研究与实现3.1 传感器节点的设计与实现传感器节点是环境监测系统的关键部分，负责数据的采集和传输。
设计时需要考虑到传感器节点的尺寸、功耗、成本等因素。
此外，还需要根据具体的监测环境选择合适的传感器类型和参数。
在实现过程中，需要使用微处理器和无线通信模块等硬件设备，以及相应的软件算法进行数据处理和传输。
3.2 网关节点的设计与实现网关节点是连接传感器节点和数据中心的关键部分，负责数据的汇聚和传输。
在设计和实现过程中，需要考虑到数据的处理能力、存储能力和传输速度等因素。
此外，还需要考虑如何对数据进行加密和验证，以确保数据的安全性和完整性。
3.3 数据中心的设计与实现数据中心是环境监测系统的核心部分，负责数据的处理、存储和分析等任务。
在设计和实现过程中，需要考虑到数据存储的容量、处理速度和安全性等因素。
基于无线传感网的矿井环境监测系统
。
关键词 ： 无线传感 网； 环境 监 测： ｉｙ Ｓ Ｚｇ ｅ ＴｎＯ ； ｉＢｅ
．
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基于无线传感网络的环境监测系统
基于无线传感网络的环境监测系统摘要：无线传感器网络是目前环境监测领域研究的热点技术。
结合ZigBee和无线传感网络设计了集多种功能于一体的完整环境监测系统。
在本系统中，节点选用CC2530芯片作为zigbee通信模块，网关采用GPRS作为系统与3G网络的通信模式。
系统实现了采集温度、湿度、光线亮度等环境信息，并进行了相应处理，设计了网关数据处理软件算法。
系统具体的工作方式为：传感器节点对室内的环境信息进行采集并将数据以ZigBee无线自组网方式发送到无线传感网络的控制中心网关，网关负责将传感器数据处理后上传到云服务器；用户能够通过手机APP和网页查看，对于重要的警告信息网关会发短信到用户的手机，而服务器端会发邮件或微博提醒用户。
经过测试和使用，本系统运行可靠，能准确获取环境数据，网关和服务器端数据能够实时更新，环境参数能实现自动调节与校准。
关键词：环境监测；无线传感网络；ZigBee；GPRS1 相关工作本文研究目的是利用ZigBee 技术结合 WSN 设计安全高效的、个性化的环境监测系统。
许多本领域学者已经利用WSN设计了一些环境监测系统，代表性的成果有：雷旭等利用无线传感器网络设计了隧道环境信息监测系统。
系统以STM32 微控制器为核心设计了低功耗网络节点与网络汇聚节点设计了B/S 模式访问的监控中心软件；梅海彬等提出了一种基于Arduino开放平台与XBee Pro增强通信距离的无线传感器网络，对近海环境进行了实时监测；另外，针对农田土壤参数（诸如温湿度等）的精确采集系统设计上，很多学者研究了土壤WSN 精确化应用系统与实现的关键技术。
诸如此类，这些都是典型的WSN环境监测系统与关键技术研究的文献成果。
概括这些目前WSN环境监测领域文献共性特点，大多是针对农业、海洋等某一领域设计的应用系统，缺乏共性通用的系统平台设计思想；另外由于缺乏目前云计算、Android等最先进的新技术植入，缺乏先进与人性化设计理念。
基于无线传感网络的环境监测与控制系统
基于无线传感网络的环境监测与控制系统随着物联网技术的不断发展和普及，基于无线传感网络的环境监测与控制系统在各个领域得到了广泛应用，为我们的生活带来了诸多便利。
本文将探讨这种系统的原理、功能及其在不同领域的应用。
无线传感网络（Wireless Sensor Network，WSN）是由许多分布在区域内的自主节点（sensor node）组成的网络。
每个节点都具有具体的任务、处理能力和通信功能。
节点可以通过无线通信与其他节点交换信息，从而实现环境数据的实时监测与控制。
无线传感网络的核心技术包括传感器、通信和数据处理。
环境监测是无线传感网络的主要任务之一。
无线传感节点可以携带各类传感器，如温度传感器、湿度传感器、光照传感器等，监测环境参数的变化。
节点收集到的实时数据通过无线通信传输到数据处理中心，进行数据分析和处理。
通过无线传感网络，我们可以实时监测各个环境参数的变化情况，为环境的科学管理提供数据支持。
环境控制是基于无线传感网络的另一个重要功能。
传感节点不仅可以感知环境的变化，还可根据特定的控制算法执行相应的控制动作。
例如，在温室环境监测与控制系统中，通过感知温度和湿度等数据，系统可以根据预设的参数自动开启或关闭灌溉设备、加热设备等，从而实现对温室内环境的自动控制。
基于无线传感网络的环境监测与控制系统在各个领域有着广泛的应用。
以下是几个典型的应用场景：1. 农业领域：农业环境监测与控制是无线传感网络的主要应用之一。
通过在农田中部署大量的传感节点，可以监测土壤湿度、温度、光照等环境参数，从而实现对农田进行精细化管理。
通过控制系统，可以实现对灌溉设备、施肥设备的自动控制，提高农田的产量和质量。
2. 城市环境监测：城市中的空气质量、噪音污染等问题日益突出，基于无线传感网络的环境监测系统可以实时监测和分析环境质量数据，并通过控制系统实现对污染源的控制。
通过这种方式，可以为城市的环境保护和改善提供有效手段。
3. 智能家居：基于无线传感网络的环境监测与控制系统在智能家居中得到广泛应用。
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基于无线传感网络的环境监测系统
摘要：随着经济和科技的发展，农业种植也有了长足的发展，从之前的小面积
种植演变为了如今的大规模，为了提高生产效率，减少劳动力，必须引进先进的
技术配合人工劳作进行种植。
传统的环境监测系统布线成本高，抗干扰性差，增
加新监测点时必须改变物理线路，工序复杂，维护难度大。
关键词：无线传感网络；Zig Bee；环境监测；
为满足环境温度监测系统远距离，低成本，部署灵活等要求，设计并实现了
一种树型结构的无线传感网络，通过无线传感网络采集环境温度数据并上传监控
主机，实现远距离检测和监控．介绍了节点硬件设计，然后根据环境温度监测的
应用需求进行软件设计，采用休眠机制以降低节点的功耗，将系统进行实地部署
与测试．表明：该系统具有较高的实用性和可靠性。
1 相关工作
研究目的是利用ZigBee技术结合WSN设计安全高效的、个性化的环境监测
系统。
许多本领域学者已经利用WSN设计了一些环境监测系统，代表性的成果有：雷旭等利用无线传感器网络设计了隧道环境信息监测系统。
系统以STM32微控制器为核心设计了低功耗网络节点与网络汇聚节点设计了B/S模式访问的监控
中心软件；梅海彬等提出了一种基于Arduino开放平台与XBee Pro增强通信距离
的无线传感器网络，对近海环境进行了实时监测；陈克涛等设计了以CC2530为
核心处理器的无线传感器网络农业环境监测网关节点；提出一种基于无线传感器
网络和3G/4G的远程环境监测系统；研究了WSN接入In⁃ternet的方法；Arch Rock Corp等研究了IPV6WSN；另外，针对农田土壤参数（诸如温湿度等）的精
确采集系统设计上，很多学者研究了土壤WSN精确化应用系统与实现的关键技术。
诸如此类，这些都是典型的WSN环境监测系统与关键技术研究的文献成果。
概括这些目前WSN环境监测领域文献共性特点，大多是针对农业、海洋等某一
领域设计的应用系统，缺乏共性通用的系统平台设计思想；另外由于缺乏目前云
计算、最先进的新技术植入，缺乏先进与人性化设计理念。
针对这些弱点，进行
了研究改进。
实践证明本文设计的系统，用户随时随地都可以了解监测场所的环
境信息，如：温度、湿度、可燃有毒气体及其浓度、火灾、光线明暗程度等数据。
此外，系统利用数据融合技术实时闭环环境信息的预警决策，能根据信息特点实
现对环境的智能化管理，如环境安全指数超标会做出决策并采取一些措施。
2 无线传感器网络和Zig Bee技术
无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）是由大量价格较低的传感器节点以自组织的方式构成的无线网络系统[。
将这些传感器节点部署在目标区域内，节点通过无线通信的方式自发形成多跳的无线网络，监测区域内的各种环境
信息通过传感器的感知、采集和处理后经由无线网络传送给监控中心或终端用户，协作完成指定的任务。
ZigBee是一种便宜的、低功率的近距离无线组网通信技术。
适用于通信数据量不大、数据传输速率相对较低，分布范围较小，一般应用于无
线传感器网络、家庭自动化、农业自动化、遥测遥控和医疗护理等方面。
ZigBee
的主要特点是低速率、低功率、低成本、自配置和灵活的拓扑结构，抗干扰能力强。
ZigBee技术与现有的控制网络标准无缝链接，具有很强的兼容性。
3 硬件设计
系统中，节点硬件主要包括三大模块：处理器、无线集成模块，数据采集模
块与电源模块，节点硬件结构如图1所示
图1节点硬件结构
处理器、无线集成模块选用ＴＩ公司的ＣＣ２５３０Ｆ２５６芯片，ＣＣ２
５３０结合了领先的ＲＦ收发器的优良性能，业界标准的增强型８０５１ＣＰＵ，同时具有多种运行模式，确保了低能源消耗．数据采集模块包含环境温度与自身
电压值采集．温度传感器采用精度高，体积小，使用方便的ＤＳ１８Ｂ２０。
节
点通过芯片自带电压采集功能，通过模数转换获取实时电压。
节点电源采用两节
５号干电池，通过ＴＰＳ60211升压至3.3Ｖ对路由器与节点供电．由于协调器需保证长时间开机状态，并且通过有线方式与监控主机连接，故使用普通５Ｖ直流
电源通过ＳＥ1117－3.3Ｖ降压至3.3Ｖ供电．硬件实物如图2所示．图2硬件实物
4 软件设计
系统软件设计分为无线传感网络软件设计和上位机管理系统软件设计两部分．无线传感网络的无线通信技术采用短距离、低复杂度、低功耗、低成本的，
基于IＥＥＥ802.15.4无线标准研制开发的Ｚｉｇ－Ｂｅｅ技术．此外，我们采用树型拓扑结构，该结构易于扩展，故障排查方便，符合环境检测应用需要．本设
计中，除电源模块外，各节点的硬件组成基本相同，通过运行不同的程序使其具
有相应的工作机制。
1.协调器。
协调器是网络的第一个设备，上电后，首先处理网络初始化事件，选择一个信道和一个网络ＩＤ，并启动无线传感网络，随后连接ＰＣ并保持信号
接收状态．协调器接收的信号分为有线与无线信号两种．其中，有线信号为监控
主机上的管理软件自动或手动发出的信号，包括更改某一个节点的数据采集频率，数据处理策略等．协调器在收到该类信号后会向下逐层传送，并做出相应的动作．无线信号来自无线传感网络，包括节点加入信号和传感数据，协调器则会做
出相应的配置新节点和上传数据至ＰＣ操作示。
2.路由器。
路由器的主要功能是：允许其他设备加入网络和多跳路由．由于
本设计中选用树状网络拓扑结构，允许路由器间隔一定的周期操作一次，这样就
可以使用电池给其供电．路由器成功启动后，首先处理网络初始化事件，发现无
线网络并请求加入．如果接收到响应信号，意味着该路由器已成功入网，否则需
再次发出入网请求．由于使用树型网络结构允许路由器适当的休眠，路由器在入
网成功后进入休眠／唤醒轮转状态，达到降低功耗的目的．在唤醒阶段，路由器
可能收到控制信号和传感数据两种信号．控制信号为由ＰＣ首发的信号，包含更
改网络设置的指令，需向下传至目标节点．传感数据为传感节点采集的环境数据，需向上传至父节点，使数据能最终通过协调器汇聚至监控主机．
3.传感节点。
传感节点没有特定的维持网络结构的责任，且通常使用电池作
为电源，在设计中，我们采用休眠机制，以降低功耗．传感节点加入网络的过程
和路由器类似，睡眠结束后，如果节点接收到调整采样频率等下行控制命令，则
先进行相应的设置更改后进入环境数据测量阶段，将环境数据向上发送至父节点
后再次切换到睡眠模式，采用这种方法能显著提高节点的生存时间。
4.上位机管理软件。
上位机管理软件功能主要包括数据接收，数据存储，数
据显示，报警和网络控制．监控主机保持始终监听协调器状态，将收到的数据进
行解析，分离出节点号与各项环境值，并存储至数据库以供后期数据查询与分
析．系统提供网络实时拓扑结构图与历史数据查询曲线图功能，使数据显示更为
直观．当环境数据超出系统预设的上下限阈值，系统会进行报警，实现环境监控．同时，系统提供良好的网络控制接口，用以更改无线传感网络中某节点的采
集频率与数据处理模式。
总之，基于无线传感网络的环境温度监测系统，实现了远距离环境温度检测、传输与监控，同时将所采集的温度数据存储至后台数据库，以供后期数据查询、
分析与处理．在保证良好的网络效能的基础上，通过使用休眠机制与选取合适的
发射功率，降低功耗，延长网络的生命周期．该系统具有低成本，低功耗，部署
灵活，实用可靠等优点．下一步工作将主要集中在监测软件平台的功能完善，同
时进一步研究休眠机制，达到节点传输距离与功耗之间的平衡。
参考文献：
［１］敦小平．无线传感器网络节点的研究与设计．2017.
［２］王秀英，浅谈基于无线传感网络的环境监测系统.2017。