基于ZigBee的昆明城市空气质量监测
基于ZigBee和4G的空气质量远程监测系统设计
基于ZigBee和4G的空气质量远程监测系统设计李锦龙;李晓根;于运渌;邓小宝【摘要】针对现阶段科研及市场实际需求, 总结高校相关专业实验存在问题, 设计开发了一种远程监测系统.系统由空气质量探测器、网络协调器和空气质量远程监测软件组成.使用STM32芯片作为MCU, 采集PM2.5和PM10的参数并实时显示, 将多个监测点采集到的数据通过ZigBee Mesh网集中到网络协调器, 再由4G通讯的方式将数据传输到云平台.远程监测软件通过Internet读取并显示各监测点采集的数据, 实现了各监测点数据的显示、报警值设定、实时曲线和历史曲线显示等功能.该系统综合了嵌入式、无线传感网络及上位机界面设计, 可有效提升学生的综合试验能力和创新能力.%In view of the current research and market actual needs, the problems of relevant professional experiments in colleges were summed up, the experimental system was designed. The system consistsof air quality detectors, network coordinator and air quality remote monitoring software. It uses STM32 chip as MCU, collects the parameters of PM2.5 and PM10, displays them in real time. The data collected by multiple monitoring points are collected into the network coordinator through ZigBee Mesh network, then transmitted to the cloud platform by the means of 4 G communication. The air quality remote monitoring software gets and displays the data collected by each monitoring point through the Internet, and realizes the function of data display, alarm value setting, real-time curve and historical curve display, etc. The system integrates embedded system, wireless sensor network and the design ofhost computer interface, which can effectively improve students' comprehensive experimental ability and innovation ability.【期刊名称】《自动化与仪表》【年(卷),期】2019(034)002【总页数】4页(P99-102)【关键词】远程监测;ZigBee;空气质量;教学实验;PM2.5;PM10;4G【作者】李锦龙;李晓根;于运渌;邓小宝【作者单位】北方工业大学现场总线技术及自动化北京市重点实验室,北京100144;北方工业大学现场总线技术及自动化北京市重点实验室,北京 100144;北方工业大学现场总线技术及自动化北京市重点实验室,北京 100144;北方工业大学现场总线技术及自动化北京市重点实验室,北京 100144【正文语种】中文【中图分类】TP273;G642.423无线传感器网络由分布在工作区域内的大量传感器监控节点组成，通过无线通信方式形成自组织网络系统[1]。
基于ZigBee无线传感器网络的大气环境监测系统
基于ZigBee无线传感器网络的大气环境监测系统
龚军;肖杰;吕小毅;殷刚;李晓阳
【期刊名称】《无线互联科技》
【年(卷),期】2014(000)012
【摘要】随着人们对生活环境质量的重视程度的不断提高，从而使得各种类型的环境监测系统也在不断的增多。
常见的环境监测系统大多数采用的是RS-485、以太网、GPRS等方式进行通讯。
上述方式往往存在着布线困难、费用高等特点，从而不易大面积的推广。
本文设计的基于ZigBee的无线环境监测系统具有免授权频段、低功耗、耗资少、安全性高、灵活性强等优点。
能够满足大多数场合的环境监控需求，达到了预期的设计目的。
【总页数】2页(P72-73)
【作者】龚军;肖杰;吕小毅;殷刚;李晓阳
【作者单位】新疆大学教务处，新疆乌鲁木齐 830046;新疆大学信息科学与工程学院，新疆乌鲁木齐 830046;新疆大学信息科学与工程学院，新疆乌鲁木齐830046;新疆大学信息科学与工程学院，新疆乌鲁木齐 830046;新疆大学信息科学与工程学院，新疆乌鲁木齐 830046
【正文语种】中文
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2.基于无线传感器网络的大气环境监测系统设计 [J], 耿军涛;周小佳;张冰洁
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华;温纪庆
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基于ZigBee的空气质量监测系统的研究设计_王霞
基于ZigBee的空气质量监测系统的研究设计王霞1，宋越2（1．泰州职业技术学院，江苏泰州225300；2．泰州市人民检察院，江苏泰州225300）摘要：针对石油化工领域中安全事故的频繁发生，提出了一种基于ZigBee无线技术的工业现场空气质量监测方案，并设计了完整的空气质量监测系统。
系统主要包括：检测终端、无线路由器、无线网关以及空气质量监测软件；系统可以测量多种气体参量，包括：温度、湿度、CO含量、CO2含量以及空气质量；整个系统具有测量精度高、灵敏度高以及监测范围广等特点。
关键词：空气质量监测系统；无线技术；石油化工中图分类号：TP277文献标志码：B文章编号：1671-5276（2014）05-0142-04Ｒesearch on Air Quality Monitoring System Based on ZigBeeWANG Xia1，SONG Yue2（1．Taizhou Polytechnic College，Taizhou225300，China；2．Taizhou People＇s Procuratorate，Taizhou225300，China）Abstract：Due to the frequent occurrence of accidents in the petrochemical field，this paper proposes an air quality monitoring pro-gram of industrial field based on ZigBee wireless technology and designs an air quality monitoring system．Some detection terminals，wireless routers，wireless gateway and air quality monitoring software exist in this system which can be used to measure a variety of gas parameters，such as：temperature，humidity，CO concentration，CO2concentration and air quality indexes，The system is char-acterisfic of high accuracy，fast sensitivity，extensive monitoring range，and so on．Keywords：air quality monitoring system；wireless technology；petrochemical industry0引言近年来，在石油化工领域中，由于各种原因导致的毒气泄漏，气体爆炸等造成人员伤亡的事件时有发生，给人民的安全，给国家的经济造成了很大的损失。
基于ZigBee技术的大气污染无线监测系统-作品
1摘要大气污染问题突出且日益严重，对大气环境实时准确地监测具有重大社会意义。
现有的监测手段实时性差、维护困难，难以满足实际需求。
针对上述情况，设计了一种基于 Zig Bee 技术的大气监测系统，并详细阐述了系统的整体框架结构和实现方案。
系统包括无线传感器网络和远程监测中心 2 个部分。
其中无线传感器网络包括传感器节点和网关节点。
传感器节点以 CC2530 为核心搭建，负责采集大气环境数据并通过多跳方式将数据实时发送至网关节点，负责汇总传感器节点的数据并通过 GPＲS 实现与远程监测中心的通信。
远程监测中心使用在 Microsoft Visual C ++6.0 环境下编制的监测软件，通过网络模块完成数据接收、显示及存储，为用户提供一个友好的人机界面。
近些年来，随着大气环境污染问题的不断加重和人们的环保意识不断增强，环境监测问题日渐得到了越来越广泛的关注。
我国的空气质量影响着人们的生活环境，为了保证空气质量，急需在设备能力和管理上加快步伐。
期待今后，对空气污染的环境监测上，会有更好的方法和技术工具出现并应用进来2目录一.总体技术方案………………………………………………………4。
二．总体解决方案 .................................................................... 4错误!未定义书签。
2.1方案思路......................................................................... 4错误!未定义书签。
2.2业务流程............................................................................ 错误!未定义书签。
2.3系统构架............................................................................ 错误!未定义书签。
基于ZigBee技术的大气PM2.5监测系统设计
中图分类 号 ： Ｔ Ｐ ２ ７ ４
文献标 识 码 ： Ａ
文章编 号 ： １ ０ ０ ０— ８ ８ ２ ９ （ ２ ０ １ ３ ） ｌ Ｊ 一 ０ ０ １ ０— ０ ４
Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ＰＭ ２． ５ Ｍｏ ｎｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎｇ Ｓｙ ｓ ｔ ｅ ｍ Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｚｉ ｇ 络 ， 对 提前 预 报 突 发 性 重 大灾 害性 大气 污染 事件 非常有 帮 助 。
１ 系统 总 体 设 计
整个 系统 的 无线 监 测 网络 由若 干 传 感 器 终 端 节
点、 汇 聚节点 、 监 控 中心 构成 。采 用 Ｚ — Ｓ ｔ ａ ｃ ｋ协 议 构 建
ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｎ ｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｐ ｏ ｓ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｚｉ ｇ Ｂｅ ｅ ｗｉ ｒ ｅ ｌ ｅ ｓ ｓ ｃ ｏ ｍｍｕｎ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ ， ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｕ ｓ ｅ ｓ Ｚ－ Ｓ ｔ ａ ｃ ｋ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ ｃ ｏ ｌ
的Ｚ — Ｓ ｔ ａ ｃ ｋ协 议栈 ， 以Ｃ Ｃ ２ ５ ３ ０芯片 为核 心 ， 实现 了一个 自组 织 、 低 成本 的 Ｐ Ｍ２ ． ５无线监 测 系统 网络 。通
过现 场测 试 并与 国外 同等设 备 Ｄ ｕ ｓ ｔ Ｔ ｒ ａ ｋ Ｉ Ｉ 进行 比较 ， 证 明该 系统 测量 准确 ， 应 用前景 广 。
Ｐ Ｍ ２ ． ５是指 大气 中直 径 小 于等 于 ２ ． ５ ｍ 的颗 粒 物， 也称 可 人 肺 颗 粒 物 。与 较 粗 的 大 气 颗 粒 物 相 比 ， Ｐ Ｍ２ ． ５粒 径 小 ， 富 含 大 量 的有 毒 、 有 害 物 质 且 在 大 气 中的停留时间长 、 输送距离远 ， 因而对人体健康和大气
基于ZigBee无线传感器网络的环境质量监测系统设计
无线互联科技Wireless Internet Technology 第13期2019年7月No. 13July, 2019基TZigBee 无线传感器网络的环境质量监测系统设计马爱霞，徐音（郑州工商学院工学院，河南郑州 450014）摘 要：以CC2530模块为核心构建无线传感网络，将采集的粉尘、温湿度、光照等环境数据传输至远程监测中心，通过上位 机软件读取与储存环境数据，实现环境参数远程监测。
文章根据系统的方案，设计其硬件电路功能，并设计了终端传感器节 点、中间协调器节点以及监控中心的软件流程。
关键词：温湿度；光照；ZigBee ；无线传感网络随着人们生活水平的日益提高及科技技术的进步，环境 问题越来越受到重视，人们日常关注空气质量如同每天关注 天气预报一样频繁。
传统的环境监测技术主要是通采用人 工的方式，使用测量温湿度等指数的仪器检测环境质量参 数，人力、财力得到大量的消耗，并且在一些环境比较恶劣 的区域，使用人工方式很难实时监测，以上弊端都是传统监 测方法存在的。
随着互联网技术和无线传输技术的发展，这 些技术慢慢被投入到环境监测系统中来。
环境检测技术主 要运用的3种技术：传感器技术、通信技术、计算机技术。
传 感器完成检测信息的采集，通信技术完成信息传输,计算机 技术实现数据的处理。
无线传感器网络是由许多微小传感器节点构成的，微小 传感器负责系统数据的采集，各节点之间进行通信。
微小传 感器以多跳无线通信方式构成自组织的网络系统。
因其具有 可靠、灵活、准确等优点，同时，部件造价低廉、部署和维护 简单，近年来普及应用得非常快。
现在在智能家居、环境监 测、智能交通等领域得到了广泛应用。
1系统总体方案的设计本文是基于ZigBee 无线传感器技术的环境数据釆集和 控制系统"。
该系统由监测点、中心控制节点、通用分组无线 服务（General Packet Radio Service, GPRS ）网络和上位机 监控中心组成。
基于ZigBee无线网络的空气质量监测系统
基于ZigBee无线网络的空气质量监测系统作者：杨红英姚毅宿广福来源：《电子技术与软件工程》2015年第16期摘要随着科技的进步和工业化进程的迅速发展，空气污染也随之变得越来越严重，尤其是近两年来，雾霾天气十分严重。
针对这一问题提出一种基于ZigBee无线组网实时空气质量监测系统。
系统主要由终端节点、协调器模块、GPRS传输模块和监控中心组成。
系统的各种传感器将数据传送给CC2530芯片，通过ZigBee传送给网络协调器，然后在通过GPRS传送到远程监控中心或者无线LED，监控中心通过分析处理对污染源做出一定的干预，同时用户可以根据LED显示了解空气状况，实时的做一些防御措施。
并且在传感器的地方安装GPS定位器，人们可以方便的通过电脑，手机准确的定位具体的污染源，实时的做出相应的措施。
整个系统具有实时性好、灵敏度高及监测范围广等特点，有广阔的应用前景。
【关键词】ZigBee CC2530 实时监测 GPRS GPS近几年，社会在不断进步，科技在飞速发展，人们的生活水平也在不断提高，但是与此同时环境也在不断的恶化，尤其是近两年来，全国好多城市都出现雾霾天气，特别是北上广那些重工业城市，空气污染越来越严重。
目前大部分空气监测系统存在不足：如系统庞大、成本高、安装困难、过度的依赖有线网络传输。
目前有一种通过搜集一部分空气回去分析空气的成分，这种方法并不能实时的反应当地的空气状况，存在一定的误差。
因此为了实时的监测特定地点特定时间的空气质量，对检测系统要求就势必提高。
本系统结合传感器技术、无线通信技术和计算机技术，设计一种基于Zigbee和GPRS的无线网络监测系统。
通过终端传感器采集大气中各成分的参数，通过ZigBee无线网络实时的传到远程监控中心和无线LED显示，实时的检测城市各个不同地方的空气状况，并安装GPS 定位器，对于污染严重的地方能够实时的确定污染源，从而及时对于污染源做出一定的干预，减少对人体的健康的危害。
基于ZigBee技术的空气质量监测系统
基于ZigBee技术的空气质量监测系统【摘要】本文针对我国雾霾天气频发空气质量不断恶化的情况，设计了一种基于ZigBee无线网络技术的空气质量监测系统。
该系统以ZigBee无线网络为核心搭配GPRS通讯技术，通过布置在监测区域的ZigBee节点驱动传感器采集空气质量数据，由一个ZigBee协调器及多个路由器节点构成一个监测网，协调器负责整个区域数据收集并通过GPRS网络传输给远程数据管理中心，实时监测空气质量变化并及时发布空气质量信息。
【关键词】空气质量监测；ZigBee；GPRS；远程管理Abstract：In this paper，our frequent fog and haze situation deteriorating air quality，air quality monitoring system is designed based on ZigBee wireless network technology.The system is the core of ZigBee wireless network with GPRS communication technology，driven by the sensor arrangement of air quality data collected in the ZigBee node monitoring area by a ZigBee coordinator and a number of router nodes constitute a monitoring network，the coordinator is responsible for the entire area of data collectionand through the GPRS network to a remote data center management，real-time monitoring of air quality changes and the timely release of air quality information.Keyword：Air Quality Monitoring；ZigBee；GPRS；Remote Management伴随我国经济的高速发展，大气环境污染问题也随之诞生，针对日益严重的大气污染问题，各种监测手段应运而生。
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基于ZigBee的昆明城市空气质量监测
【摘要】在传统的空气质量环境监测中，有线传感器网络存在诸多问题，如布线复杂、传感器位置不灵活、节点延展性差、电缆老化腐蚀、监测位置不灵活等问题。
采用ZigBee无线传感器网络技术构建无线传感器网络，用于监测二氧化碳浓度、二氧化硫浓度、一氧化碳浓度。
并基于LabWindows/CVI构建了上位机监测界面、实现了传感器网络与上位机的通信。
该系统具有传感器布置灵活、低功耗、易于安装维护及扩展，成本较低、实用性较强的特点。
【关键词】ZigBee 无线传感器网络LabWindows/CVI
目前，我国空气污染防治工作取得一些进展，但与国外发达国家相比，污染物浓度仍处于高位水平。
随着城镇化进程的加速，我国环境空气污染类型正从以一次污染物为主的煤烟型污染，转变为一次污染和二次污染并存的复合型空气污染，从城市的局地污染发展为城市群的区域污染。
为改善环境空气质量，需要全面了解环境空气质量状况的现状特征及其污染物的来源。
因此，环境空气质量监测是改善环境空气质量的重要手段。
传统的空气质量监测方式存在一些缺陷，如不能随时随地对空气质量的数据进行监测，只能将在各个监控站收集到的数据发送到特定的数据处理中心进行分析，而且目前的监控费用居高，数据传输的成本也较高。
因此，研究一个实时性强、低成本、低功耗，操作简单的空气质量监测系统就显得非常重要，而无线传感网技术的出现，为解决上述问题提供了一种思路[1]。
1 系统总体方案设计
在本设计中，城市空气质量监测系统由分布于某一区域中的传感器节点、网络协调器节点组成和监控室内的上位机组成。
监测人员通过上位机实时查看监控区域内的环境参数。
由于本设计只模拟了某一区域，此区域在各无线传感器节点的通信覆盖范围内，故本系统无线网络中只设一个网络调器节点和数个传感器节点。
考虑到ZigBee无线协议的低功耗、时延短、安全可靠等特点，选择星型网络拓扑结构[2]。
网络协调器节点和无线传感器节点均基于CC2430构建。
协调器节点通过串口与Lab Windows/CVI构成的上位机通信，接收上位机发送的指令，并将指令传送给传感器节点；传感器节点负责采集所需数据并将数据封装后反馈给协调器节点，并最终传到监控室内的上位机。
系统总体方案如图1所示。
2 系统硬件设计
2.1 网络协调器节点硬件设计
网络协调器节点所使用的模块是TI公司的CC2430，这款芯片延用了以往CC2420芯片的架构，在单个芯片上整合了ZigBee射频前端、内存和微控制器。
它包含增强型8051MCU、32/64/128K闪存、8KB SRAM.、还包括模数转换（ADC）、定时器（Timer）、32KHz晶振的休眠模式定时器等模块。
在此基础上采用MAX3232芯片构建RS-232接口与上位机进行通信。
电路如图2所示。
2.2 传感器节点硬件设计
传感器节点所采用的模块与协调器节点一样，除了具有CC 2430单元外，还包括传感器单元，以便挂载采集环境参数所需的传感器。
下面就分别对各个传感器单元电路进行介绍。
2.2.1 温湿度传感器电路
温湿度传感器采用HSM-20R，其具有湿滞小、耐高温、温湿度一体、线性电压信号输出等特点，可直接与CC2430的I/O口连接。
其接口电路如图3所示。
2.2.2 二氧化碳浓度传感器电路
二氧化碳浓度传感器采用MG-811，MG-811为固体电解质传感器，它的信号输出阻抗非常高，因此不能直接测量其输出信号。
设计电路时可以在传感器信号输出后端接一级阻抗变换电路，将传感器输出阻抗降低到普通可测量级，阻抗变换运算放大器必须选用高输入阻抗型，比如CA3140，其接口电路如图4所示。
2.2.3 一氧化碳传感器电路
一氧化碳传感器电路有TGS2442构成，它具有低功耗，后期电路简单等特点，其检测范围在：30--1000ppm，电路电压为5V，可直接由传感器节点的电源电压供电[3]。
3 系统软件设计
3.1 网络协调器节点程序设计
网络协调器负责接收上位机发送来的采集指令，同时也负责维护目前连接设备的列表，支持以前的连接设备能够加入网络功能。
初始阶段，协调器负责硬件配置、网络配置和协议栈后，进入网络监听功能，接收传感器节点的PANID后，与已存储的地址比较，可用于检查是否有传感器节点未加入网络或上位机的指令是发送给哪个传感器节点的。
协调器还可接收传感器节点反馈回的数据，并把数据上传至上位机。
其程序流程图如图5所示。
3.2 传感器节点程序设计
传感器节点负责接收网络协调器转发的采集指令，在接收到采集指令后，会启动相应的传感器采集所需的环境参数值，并将采集的环境参数值封装成数据包（如表1）反馈给协调器节点，其程序流程图如图6所示。
3.3 上位机程序设计
上位机程序采用LabWindows/CVI软件来实现，对采集到的数据进行记录和显示，可以实现多个节点同类数据的比较、历史数据回放，界面清晰，容易操作。
上位机这程序的流程图如图7所示[4]。
4 实验与分析
在若干个实验室内均布3个传感器节点，并在监控室内顶部放置网络协调器节点，将网络协调器通过RS-232接口与上位机相连，进行系统测试。
经测试，数据传输准确，没有丢失现象，各节点所示数据与实际值接近，误差较小。
5 结语
ZigBee无线传感器网络具有低功耗、低成本等特点，将其与LabWindows/CVI 结合，应用于空气质量监测，具有布线灵活、结构简单、易于安装维护及扩展的特点，可根据实际情况扩展其传感器节点，能够满足环境监测的需要。
参考文献：
[1]徐伟恒，张晴晖，李俊萩等.基于GPRS和ZigBee的精准林业环境因子监测模式研究[J].安徽农业科学，2011，39（23）.
[2]李银华，姬光锋，韩郡业.无线传感器网络在温室环境监测系统中的应用[J].自动化仪表，2010，31（10）：61～62.
[3]乔晓军，张馨，王成等.无线传感器网络在农业中的应用[J].农业工程学报，2005，21（2）：232～234.
[4]熊伟丽，贾岩，邵金涛等.农田环境信息监测的无线传感器网络节点设计[J].传感器与微系统，2011，30（4）：87～89.。