基于ZigBee的环境温湿度实时监控系统研制
zigbee资料
摘要摘要当今人们对环境越来越关注，不仅仅是室外环境，室内环境同样十分重要。
小到每家每户的小居室，大到矿井粮仓等室内环境，它们的安全是对人们健康及物质财富的一个保障。
随着信息技术的不断发展，无线通信技术和传感技术的结合产生了无线传感网络，它开始广泛用于环境监测。
本文就是利用ZigBee技术对室内环境监测系统的一个设计。
该系统以CC2530芯片为核心，组建了一个星型网络。
网络中使用4个传感器节点，对室内的温度、光照强度、可燃气体浓度进行监测。
同时还带有人体红外感应器，可以用于室内安全保障。
所有采集到的数据以无线的方式传给协调器。
该系统弥补了传统环境监测系统的不足，避免了有线方式下的布线困难等问题。
同时该系统的安装和维护成本低，并且一个节点兼容多个传感器，可以实现多种环境数据的采集。
论文首先介绍了无线传感网络，概述了各种短距离无线通信技术，重点介绍了ZigBee应用于此系统的优势。
然后从系统的硬件设计入手，介绍了各个节点及传感器的硬件设计。
紧接着与此对应的介绍了软件的设计。
重点概述了协议栈的使用和传感器程序的设计。
最后展示了调试运行的结果，证明了此系统是可行的。
关键词无线传感网络；ZigBee技术；CC2530；星型网络I燕山大学本科生毕业设计（论文）AbstractToday , people are increasingly concerned about the environment , not just about the outdoor environment , indoor environment is equally important. From small room in every family to the large barn and mine , their security is very important to people’s wealth and health. With the development of information technology , the combination of wireless communication and sensor technology produces the wireless sensor networks , which have been widely used in the environmental monitoring. In this paper , a design of system of indoor environmental monitoring will be introduced , which uses the technology of ZigBee.This system uses CC2530 as the core to form a star network. In the network four sensor nodes have been used to monitor the temperature , light intensity , the concentration of combustible gas. Besides this , human infrared sensor is also used for indoor security. All collected data are transmitted to coordinator wirelessly. This system can make up for the shortcoming of traditional environmental system , and avoid the difficulty of wiring. Besides this , the cost of installation and maintenance is low. And a node are capable of using multiple sensors , which can collect various environmental data.First , the paper introduce the wireless sensor networks , and have an overview of all kinds of short-distance wireless communication , the introduction highlights the technology of ZigBee. Then the paper introduce the hardware and software design of the system and four sensors. It focus on the using of protocol stack and the program of sensors. Finally it shows the result of operation , which demonstrate that the system is usable.Keywords Wireless sensor network ;The technology of ZigBee ; CC2530 ;Star networkII目录摘要 (I)Abstract ................................................................................................................. I I 第1章绪论. (1)1.1课题背景 (1)1.2室内环境监测国内外研究现状 (1)1.3本文研究内容和论文结构安排 (2)1.3.1本文研究内容 (2)1.3.2本文研究意义 (3)1.3.3论文结构安排 (3)第2章ZigBee技术特点及设计方案 (4)2.1无线传感网络概述 (4)2.2常见短距离无线通信技术及其比较 (5)2.3ZigBee技术特点 (6)2.4ZigBee无线传感网络 (6)2.4.1ZigBee网络设备类型 (6)2.4.2ZigBee网络拓扑结构 (7)2.5ZigBee协议体系结构 (7)2.6系统总体设计方案 (9)2.7本章小结 (10)第3章系统的硬件设计 (12)3.1搭建ZigBee无线传感网络 (12)3.2CC2530核心电路板设计 (13)3.3协调器电路设计 (14)3.3.1按键电路设计 (14)3.3.2电源电路设计 (15)3.3.3串口电路设计 (16)3.4CC2530数据采集节点电路设计 (16)3.4.1 温度传感器 (16)3.4.2MQ-2烟雾传感器 (17)III3.4.3光照强度传感器 (18)3.4.4HC-SR501人体红外传感器 (18)3.5本章小结 (18)第4章系统软件设计 (20)4.1软件开发环境 (20)4.2Z-stack协议栈 (21)4.2.1任务初始化 (21)4.2.2 协议栈的任务调度 (22)4.2.3时间管理 (22)4.2.4原语通信 (23)4.3数据采集节点程序设计 (24)4.3.1温度采集程序设计 (24)4.3.2 光照强度采集程序设计 (26)4.3.3 可燃气体浓度采集程序设计 (26)4.3.4人体红外感应程序设计 (27)4.4协调器节点程序设计 (27)4.5通信协议 (28)4.6数据的发送与接收 (29)4.7本章小结 (30)第5章调试与运行 (31)5.1组网效果 (31)5.2数据采集节点性能测试 (32)5.3运行结果分析 (33)5.4本章小结 (33)结论 (34)参考文献 (35)致谢...................................................................................... 错误！未定义书签。
一种基于ZigBee的智能家居环境信号采集与控制系统设计
图1 感知家居需求与用户用例图图2 感知家居系统与芯片选型原有的信息孤岛相互联系起来将成为未来的大趋势。
2016年3月8日，海尔向开发者开放了U+平台，美的集团也向第三方开放了M-Smart 的SDK(软件开发工具包)；3月31日，微软也发布了MS Bot Framework 机器人框架，巨头们的纷纷表率预示着更多的厂商将会开放自身的软硬件平台，使得家电设备，以及越来越多的智能硬件单品可以整合到一起。
旧版本的智能家居系统大多采用总线控制，装修布线的成本非常高，并且严重降低用户体验。
新一代智能家居产品以小米和华为的最新产品为例，均采用Wi-Fi 与ZigBee 协议。
本文介绍了一种兼容性强、性价比高的环境信息采集和家电控制系统。
1 系统概述要实现一套性价比较高的智能家居系统，所需的功能由用户的核心需求来决定。
根据马斯洛需求层级，生理和安全方面的需求应当放在首要实现的位置，实现的功能必须包含安全防盗、火警、有害气体检测和危险情况及时报警；其次是生活的便利化，包括对家庭环境的随时随地查看，家电的远程控制等；最后是需求的个性化，例如SOHU 办公、孕婴或行动不便、视力障碍或听觉障碍等情况，是用户分散的长尾需求指标。
用户用例如图1所示，通过PC 电脑浏览器或移动APP 均可传感器型号传感器描述DHT11温湿度传感器，有效测量范围：0～50℃；湿度有效测量范围：20%～90%RH 。
MQ-2烟雾传感器，可采集甲烷、丙烷、氢气、酒精和液化气等常见家用厨房可燃气体。
有效监测范围：100～20000ppm ；工作环境温度：-10℃～50℃；湿度65%±5%RH 。
BH1750FVI 光照传感器，其测量范围约为(1～65535lx)，工作温度范围：-40℃～50℃。
HC-SR501人体红外活动探测传感器，工作温度：-15℃～70℃，有效范围15m 。
DSM501AP M 2.5探测传感器，工作温度范围：-20℃～80℃ 。
基于ZigBee无线传感器网络的森林环境监测系统
Ｄ ｅ， Ｈ Ｎ ｊｎ Ｉ ｉ Ｚ Ａ Ｇ Ｕ－ Ｆ ｕ
（ ａｕｔ ｏ ｃａｉ ｌ Ｅｅｔ ｎｃＩ ｏｍ ｉｎ Ｃ ｉａＵ ｌｅ ｉ ｆ Ｆ ｃｌ ｆ ｈｎｃ ＆ ｌ ｒ ｉ ｒ ｒ ｍ ｏ ， ｈｎ ｎｖｍｔ ｏ ￣ ｙ Ｍｅ ａ ｃｏ ｄ ｙ ｉ ｃ８ Ｗｕ ａ ，Ｈ ｂｉ ３ ０ ４ Ｃ ｉ ） ｅ ， ， ｈｎ ｕ ｅ ４ ０７ ， ｈｎ ｎｅ ａ
ＷＳ ） 能够实时监测林区的大气温湿度及火灾烟雾浓度等参数 ， Ｎ， 具有监测范围广、 部署性好 、 数据传输可 靠性高、 对生态环境影响小等优点 ， 在森林环境监测中有着广阔的应用前景．
１ Ｚｇ ｅ ｉ ｅ无线传感器 网络技术 Ｂ
无线传感器网络是部署在区域内的大量具有传感 、 计算和通信能力的传感器节点通过 自组织方式构 成的多跳无线网络 ， 是无线通信、 嵌入式计算和分布式数据处理等多领域技术 的交叉融合 ［ ． ３ 传感器节 】
简单、 成本低、 可靠性高、 组网能力强等特点 ＂ 因此， ｇｅ 非常适用于无线传感器网络 ． ， Ｚ Ｂｅ ｉ
收稿 日期 ：０１ ０ — ２ ２１ － １ １ 修 回 日 ： １ － ５一 ２ 期 ２ １ ０ ｌ ０ 作者筒介 ： 飞（９６ ， 硬 士研 究生． 究方向： 入武系统及计算机软件． 狄 １８ 一） 男。 研 嵌 通讯作者张莉君（９５ ， ， １６ 一）女 剐教授． 研究方 向： 智能检测 及工业控１ ． Ｉ ｊ
点通常包括处理器、 存储器、 传感器、 无线通讯和电源等组件 ， 能够 同时进行数据的采集 、 处理以及无线传 输， 具有低功耗 、 小体积等优点 【 ． ６ 传感器节点之间分工协作 ， 】 可实时感知、 监测和采集分布区域 内监测对
象或周围环境的信息．
基于zigbee的蔬菜大棚环境参数采集系统设计说明
摘要目前，ZigBee技术已经广泛应用于近距离传输的无线通信领域，尤其是在工农业控制、医疗卫生方面日益起着越来越重要的作用。
本设计意在通过ZigBee无线通信技术构建一个无线传感器网络（WSN），采用树型网络拓扑结构，对加入该网络的传感器节点进行温度、湿度、光照强度和二氧化碳浓度的数据进行采集和分析，将此应用于对农业里温室的环境检测和控制当中，避免了有线网络的布线问题和成本问题。
本设计利用了一个结构合理的Web应用程序，搭建Web服务器来动态显示传感终端所采集的温室数据。
关键词：ZigBee；CC2430；无线传感器网络；温湿度采集AbstractCurrently, ZigBee technology has been widely used in close range transmission of wireless communications is increasingly playing an increasingly important role, especially in the agricultural and industrial control, medical protection. This design is intended to build a wireless sensor network (WSN), the adoption of ZigBee wireless communication technology, the use of a tree network topology, sensor nodes join the network temperature, humidity, light intensity and carbon dioxide concentration of the data collection and analysis will this applied to the detection and control of the environment on agricultural greenhouse, to avoid the cable network cabling problems and cost issues. This design uses a rational structure of the Web application, set up a Web server to dynamically display greenhouse data collected by the sensor terminal.Key words: ZigBee; CC2430; wireless sensor networks; temperature acquisitio目录摘要 (I)Abstract (II)目录 (III)前言 (V)1.绪论 01.1研究的背景和意义 01.2 国外温室测控系统研究现状 01.2.1 国温室测控系统研究现状 01.1.2 国外温室测控系统研究现状 (1)2.系统分析 (3)2.1 系统总体架构 (3)2.2 系统设计原理 (4)2.3 系统节点设计 (5)3.系统概述 (7)3.1 数字温湿度传感器SHT10 (7)3.2 CC2430芯片 (9)3.3串行通信接口RS-232 (11)3.4 显示模块 (12)3.5 报警模块 (13)4.系统软硬件的设计 (14)4.1 系统硬件设计 (14)4.1.1 Zigbee节点硬件设计 (14)4.1.2 传感器节点硬件设计 (15)4.1.3 温湿度数据采集节点设计 (17)4.1.4 基站节点的设计 (20)4.2 系统软件设计 (25)4.2.1 Zigbee网络软件设计 (25)4.2.2 传感器终端软件设计 (25)4.3 服务端的设计和实现 (26)4.4 远程主机端的设计和实现 (26)5.系统测试 (28)5.1系统测试步骤 (28)5.2系统测试结果 (28)5.2.1 系统的硬件测试 (28)5.2.2 协议栈的测试 (28)5.2.3 GPRS测试 (28)5.2.4 上位机的测试 (28)5.3系统测试结果分析 (29)结论 (30)参考文献 (31)致 (32)前言随着我国国民经济的发展人民生活水平日益提高,冬季大棚蔬菜市场日渐扩大。
基于ZigBee及PSO-BP神经网络的温室温湿度检测系统
《节 能 技 术 》
ＥＮＥＲＧＹ Ｃ０ＮＳ ＥＲＶＡＴ１ ０Ｎ Ｔ ＥＣＨＮＯＬ ＯＧＹ
Ｖｏ １ ． ３１， Ｓ ｕ ｍ． Ｎｏ ．１ ８ ２ Ｎｏ ｖ ｅ ｍｂ ｅ ｒ ． ２ ０１ ３， Ｎｏ ． ６
开发板 及 Ｓ Ｈ Ｔ １ ｌ温 湿度传 感 器 实现 ， 在 采 集数据 的过 程 中加入 经粒 子群 算 法优化 （ Ｐ Ｓ Ｏ） 的神 经 网
络， 以此补偿检 测 过程 的非 线性 误 差 。通 过 Ｍａ ｔ ｌ ａ ｂ软 件 仿 真 可验 证 Ｐ Ｓ Ｏ—Ｂ Ｐ神 经 网络 的补偿 效 果。在 实验环 境 下 ， 此 系统运行 正 常 。
Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｚｉ ｇ ｂｅ ｅ Ｔｅ ｃ ｈｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ ＰＳ Ｏ — － ＢＰ Ｎｅ ｕｒ ａ ｌ Ｎｅ ｔ ｗｏ ｒ ｋ Ｇｒ ｅ ｅ ｎ ｈｏ ｕｓ ｅ Ｔｅ ｍ ｐｅ ｒ ａ ｔ ｕｒ ｅ ａ ｎ ｄ Ｈｕｍ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ Ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎｇ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ
基于 Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 及Ｐ Ｓ Ｏ— Ｂ Ｐ神 经 网络 的 温 室 温 湿度 检测 系统
郭 艳玲 ， 姜钧严 ， 杨冬 霞 ， 范长 胜
（ １ ． 东北林 业大 学 机 电工程 学 院 ， 黑龙 江 ２ ． 哈 尔滨学 院 理 学院 ， 黑龙 江
哈 尔滨
１ ５ ０ ０ ４ ０ ；
Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ４ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ ， Ｈ ａ ｒ ｂ ｉ ｎ １ ５ ０ ０ ８ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
基于ZigBee通信技术的烟叶醇化库分布式温湿度检测系统设计
关
键
词 ： ｉＢ ｅ 信 ； 、 度 ； 叶 醇 化 库 ； 测 系 统 Ｚｇ ｅ 通 温 湿 烟 检
文献标识码 ： Ａ
中图 分 类 号 ： ＴＧ２ ９ ７ ４ ． ；ＴＭ９ １ ５ ２．１
摘 要 ： 对 温 、 度 环 境 直 接 影 响 烟 叶醇 化效 果 的 问题 ， 出 了一 种 基 于 Ｚｇ ｅ 线 通 信 技 术 的 温 、 度 检 测 针 湿 提 ｉＢ ｅ无 湿
系 统 ， 测 系 统 以 Ｃ ２ ２ ： 作 为 无 线 收 发 模 块 的 核 心 ， 用 数 字 式 温 、 度 传 感 器 ＤＳ ８ ２ 、 Ｈ３ １ 检 Ｃ ４ ０ 芑片 利 湿 １Ｂ ０ ＨＩ ６ ０为 检 测 元 件 ， 温 、 度 测 量 模 块 、 ｉＢ ｅ接 收 模 块 等 关 键 技 术 进 行 了研 究 ． 统 实 现 了 传 感 器 灵 活 布 置 ， 高 对 湿 Ｚｇ ｅ 系 提
数 字式 湿度 传感 器ｎ
发送 模 块 温 湿 度 测 量及 发 送 模块
Ｖ ｌ
ｒ 一 ～ ～ …… ～ … … ～ 一 … ～ … 一— — ｉ
葱
圈 １ 温 、 度 检 测 系 统 结 构 图 湿
返 回发 送数 据 的 Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ发送 模块 ， 现 握手 通 信 ， 成 一 次 实 完 完 整 的 Ｚｇ ｅ ｉＢ ｅ无线 通 信 ， 否则 ＲＦ Ｄ模 块 继续 发 送 数 据 ， 直 到 收到 协调 器返 回握 手 信 息． 一 方 面 ， ｉＢ ｅ协 调 器把 收 另 Ｚｇ ｅ
第 ２ ６卷 第 ３期 ２ １ 年 ９月 ０１
基于ZigBee技术的无线温湿度检测终端设计
关键词
无线检测
Ｚｇ ｅ ｉ ｅ Ｂ
Ｃ ２３ Ｃ４０
ＳＴ１ Ｈ １ Ａ
中图法分类号
Ｔ ２ ４ ５ Ｐ７． ；
文献标志码
在现代 工农业 生 产 中 ， 行环 境 温湿 度 检测 是 进 必 不可少 的 内容 。传 统 的 检测 方 法 不 仅 消 耗 大 量 人力、 物力 ， 且 适 用 范 围 小 ， 率 很 低 ， 能 满 足 而 效 不 工 农业现 代 化 机械 大生 产 的要 求 。本 文 设 计 了一
第 ８卷 第 ２ ３期 ２ ０ ０ ８年 １ ２月 １７ —８９ ２ ０ ）３６ ３ —５ ６ １１１ （０ ８ ２ —２ １０
科
学
技
术
与
工
程
Ｖ０． Ｎｏ ２３ １８ ．
Ｄｅ ．２０ ８ ｅ ０
Ｓ ｉｎｃ ｃ ｎ ｌｇ ｎ ｇ ｎ ｅｉ ｇ ｃ ｅ ｅＴｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ａ ｄ Ｅｎ ｉ ｅ ｒｎ
和 ２个 ８位计 时器 ；１个可 编程 的 ＩＯ引脚 ，０ Ｐ ２ ／ Ｐ 、１ 口是完全 ８位 口，２口只有 ５个可使 用位 ， 以由软 Ｐ 可
协议栈
图 １ Ｃ ２ ３ 构 Ｃ４ ０结
件设定一组 Ｓ Ｒ （ Ｆ 专用寄存器 ） 的位 和字节 ， 使这些 引脚作为通常的 ＩＯ 口或作为连接 Ａ Ｃ 计时器 ｕ ． ／ Ｄ 、 ｓ Ａ Ｔ等部件的外围设 备 口使用 ｌ。 Ｒ ２ Ｊ
理 、／ Ａ Ｄ转 换 、２ 总线 接 口全 部 集 成 于一 个 芯 片 １ Ｃ （ Ｍ Ｓ ｎＴ Ｃ Ｏ ｅ ｓＭ技 术 ） （ ）可 给 出 全 校 准 相 对 湿 度 ；２
基于ZigBee技术的家居环境监测设计
基于ZigBee技术的家居环境监测设计作者：魏芳波来源：《物联网技术》2013年第10期摘要：采用ZigBee技术与SHT11相结合的方法，给出了智能家居环境中的温湿度检测系统的硬件结构和软件环境设计方案，同时进行了分析和验证，从而为智能家居环境设计提供了有利的参考。
关键词：ZigBee；家居环境；SHT11；温湿度中图分类号：TP393.02 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）10-0011-020 引言随着社会发展，人们对家庭环境舒适度提出更高的要求，新的技术将推动家居智能化，家居中各种智能化的设备、家用电器和家庭安防设备将整合成为智能化的系统，在这个平台上进行资源共享、分析、控制和管理这些设备。
温度和湿度是家居环境的两个重要参数。
在通常情况下，实现区域温湿度监测需要大量的电缆，新环境不利于移植[1]。
本文以ZigBee技术为基础，设计家庭环境无线监测系统，基于主从控制实现智能家居。
1 ZigBee技术简介ZigBee 技术主要用于低数据传输速率并且传输距离要求不是很远的各种通信设备之间。
ZigBee使用的是2.4 GHz波段，采用了跳频技术，这和蓝牙技术相似。
但相比之下，ZigBee协议比蓝牙更简单，速率更慢，功率及费用也更低[2]。
单个ZigBee无线模块就可与254个节点互联，若网络中加入路由节点，则网络最大承载量可支持65 535个节点设备互联。
人们更希望能在无线玩具、传感器网络、家庭监控、工业监控和安全系统等众多领域拓展ZigBee的应用。
使用基于ZigBee 短距无线通信技术，环境信息采集模块与显示终端实现无线通信，省去了传统布线的麻烦。
在ZigBee协议规范中，组网时有三种网络拓扑结构可供选择：星型结构（Star）、网状结构（Mesh）和簇树型结构（ClusterTree）[3]。
2 硬件结构和软件设计2.1 硬件结构设计家居环境监测系统以CC2530芯片为平台，实现信息数据的接收与发送。
基于ZigBee技术的温室大棚智能监控系统
数据控制层主要实现为应用层提供服务接 口、 数据处理 、
数据访 问、 系统任务控制 等功能 。Ｗｅ ｂ服务器部 署的应用 主 要供 远程用 户使 用 ， 除部 署 Ｂ ／ Ｓ结构 的温 室 大棚 监控 系 统
ｈ ｕ ｍｉ ｄ ｉ ｆ ｙ ｉ ｎ ｇ Ｏｐ ｅ ｎ （ ） 加湿开启
ｈ ｕ ｍ ｉ ｄ ｉ ｆ ｙ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ （ ） 加湿关闭 ｈ ｏ ｔ ｕ ｐ Ｏ ｐ ｅ ｎ （ ） ｈ ｏ ｔ ｕ ｐ Ｃ ｌ ｏ ｓ ｅ （ ） 加热开启 加热关闭
ｄ ｂ Ｓ ｔ ｏ ｒ ｅ （ ） ｄ ｂ Ｄ ｅ ｌ ｅ ｔ ｅ （ ） ｄ ｂ Ｍ ｏ ｄ ｉ ｆ ｙ （ ）
３ ． ３ 应 用软 件 设 计
方法名
ｍ ｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ Ｓ ｔ ａ ｒ ｔ （ ） ｍ ｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ Ｓ ｔ ｏ ｐ （ ）
ｂ ｌ ｏ ｗ ｅ ｒ Ｏ ｐ ｅ ｎ （ ）
功能说 明
监控启动 监控停止
风机打开
方法名
ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ Ｉ ｎ ｉ ｔ （ ）
功能说明
设备初始化
ｄ ｒ ａ ｗ ｈ ｕ ｍ ｉ ｄ ｔ ｙ Ｌ ｉ ｎ ｅ 湿度 曲线绘制
ｄ ｒ ａ ｗ Ｈ ｏ ｔ Ｌ ｉ ｎ ｅ 热度 曲线绘制
温室大棚智能监控平 台作为与用 户直接对话 的窗 口， 既
要实 现对温室 的实时控 制 ， 同时还要 向用户提供一 系列生产 管理 帮助 ， 因此其 主要功能模块包括环境参数实时监控 、 设备 控制 、 曲线分析、 报表统计、 数据查询 、 系统配置（ 图５ ） 。环境 参数实时监控 ： 通过演示 温室 内三维动 态画面及 二维平面 画 面， 用 户可在控 制室 内掌握温室 的实际生产情况并提供异 常
基于Android和Zigbee的监控系统的实现
基于Android和Zigbee的监控系统的实现易翔;吴蒙【摘要】随着人们生活水平的提高，人们对于自己居住环境的安全性有了更高的要求，渴望自己的家中可以安装一套智能家居监控系统。
针对这一需求，文中提出了一种使用Android和Zigbee技术，组建家庭监控系统的方案。
以实现嵌入式Zigbee应用的片上系统MG2455作为构建家庭内部网络的核心，阐述了该片上系统的硬件结构和传感器的选择。
使用An-droid手机、IOIO平台、Zigbee协调器组成家庭智能网关，介绍了这种网关结合方案的使用方法和优点。
该系统已经投入实用，结果表明，该方案能够对环境数据进行实时监控，也可以对图片、视频和语音进行监控，操作简单，运行稳定，满足用户需求。
%With the improvement of people’ s living standard,people have a higher request for the safety of their living environment. So they are eager to install the smart home monitoring system. To satisfy this requirement,propose a solution to set up the system by using Android and Zigbee technology. MG2455 which is a complete wireless solution for Zigbee is the core to build the home network. Ex-pound the hardware structure and the choice of the sensor for this chip system. The home smart gateway is made up of Android phone,IO-IO platform and Zigbee coordinator,introduce the use and advantages of this combined solution. The system has been put into practical. The result shows that this system can supervise not only environmental data but also the information of the picture,video and voice. It is simple,running stably,which meets the demand of the customers.【期刊名称】《计算机技术与发展》【年(卷),期】2015(000)006【总页数】4页(P234-237)【关键词】智能家居;实时监控;智能网关;无线传感器网络【作者】易翔;吴蒙【作者单位】南京邮电大学通信与信息工程学院，江苏南京 210003;南京邮电大学通信与信息工程学院，江苏南京 210003【正文语种】中文【中图分类】TP302.1随着现代通信技术和物联网技术的发展，智能家居越来越受到人们的关注。
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基于ZigBee的环境温湿度实时监控系统研制【摘要】为解决实验室环境、实验室内恒温恒湿试验箱、原材料或成品仓库等环境温湿度的监控需要，本论文以ZigBee和嵌入式系统技术为核心，设计一套适用于上述场合使用的实时温湿度监控系统，可以实时对监测环境中的温度、湿度参数进行采集、分析、报警、贮存，并根据数据的分析结果控制相应的设备，最终实现对这些参数进行自动调节。
【关键词】环境温湿度;ZigBee;实时监控Abstract：To meet the requirements of monitoring the environmental temperature and humidity in the lab surrounding，constant temperature and humidity test cabinet，raw materials and finished product warehouse，an applicable real-time monitoring system based on ZigBee and embedded system technique had been designed to monitor the environmental temperature and humidity.This monitoring system can be used to collect，analyze alarm and store the parameters of temperature and humidity on the environment in real time.The corresponding devices were then controlled and parameters were automatically adjusted according to the analysis result of data.Key word：Environmental temperature and humidity;ZigBee;Real-time montoring随着各行业的精细化管理需求的不断增加，各种场合对工作环境进行温湿度的采集监控的需求日趋迫切。
尤其是各种生物、化学实验室，通常会要求建设许多个独立封闭的实验室环境，或是需要配置多种多样是环境试验箱。
这些封闭环境对温湿度变化的浮动范围都有较高的要求，行之有效的实时监控手段能为实验过程环境控制提供很好的溯源数据。
如果采用传统的人工登记和监测不但耗费大量的人力，而且不能24小时全天对实验室环境进行实时监测，存在因监测的空白间隙而造成不必要损失的可能。
另一方面，监测设备如果使用线路接入的方式，则存在布线繁琐、成本偏高、系统可扩展性低、监测设备可移动性差、后期的维护不方便等缺点。
Zigbee协议是由Zigbee联盟最早于2004年公布的基于IEEE802.15.4的新型无线通讯协议规范。
ZigBee技术具有功耗少、成本低、响应速度较快、传输速率适中、组网灵活方便等特性，非常适合近距离通信的工作环境需求。
当前无线传感器网络虽然己经逐步在各个领域展开应用，但作为一项新的应用，还存在一些尚未彻底解决的问题，如：采集器节点的工作能耗。
因无线传感器节点一般使用电池供电，一旦电池能量耗尽，节点就不能进行正常的采集工作，所以采集器节点的功耗控制非常重要;此外，由于无线通信通信的带宽限制，制约了无线采集器的数据传输，因此如何优化数据处理模式就变得非常的重要。
本文结合无线传输模块、智能温湿度传感器SHT15模块、数据存储器、处理器等主要元器件设计出一套无线温湿度采集系统，实现以网状拓扑结构对多个分点进行实时温湿度监控。
通过实际实验室温湿度监测使用，证明该系统结构简单、精度高、成本低、操作方便，具有很好的应用价值。
1.系统整体架构无线传感器网络的主要组成部分包括温湿度数据采集子点、网络中继节点、数据接收器以及配套的计算机软件及硬件部分。
温湿度数据采集子点主要由温湿度传感器、存储器、时钟芯片、通信芯片构成，负责检测环境的数据采集和传输。
网络中继节点起到链接子节点与数据接收器的作用，互通子节点与数据接收器间的数据通信。
若通信距离许可，亦可免去网络中继节点，温湿度采集子节点可与数据接收器直接进行点对点通信。
数据接收器主要负责管理整个网络节点，并通过USB 接口将所有接收信息汇聚到PC端，同时发布PC端指令控制整个系统的正常运作。
PC软件端则负责处理并显示从各个子点收集的数据，是主要的人机交互界面。
系统的整体架构框架图如图1所示。
图1 系统的框架结构图2.电子部分设计网络中继节点只负责无线数据互通，因此其硬件结构也最为简单，主要由外置供电模块和无线通信模块两部分组成。
数据接收器作为协调器，负责完成各子点与PC间的数据发送和接收，主要由无线通信模块、外置供电模块、串口通信模块组成。
而温湿度采集器作为子节点，除了无线数据收发外，还负责环境温湿度数据采集，同时在本地显示当前状态等信息，因此子节点主要部分包括：无线通信模块、电池供电模块、时钟模块、数据存储器、温湿度传感器、FSTN段码显示屏、按键。
在ZigBee无线通讯模块上选择了TI公司的CC2530模块，CC2530用于IEEE802.15.4、Zigbee和RF4CE应用的片上系统解决方案。
CC2530结合了领先的RF收发器的优良性能，采用工业标准的增强型8051MCU，系统内可编程闪存，8KB RAM存储器，具有多种运行模式，各种模式间的切换时间短，并且支持低电压操作，充分保证其低功耗需求。
在温湿度传感器模块上，选用瑞士森斯瑞（Sensirion）公司的SHT15型自校准、小型、多功能式智能传感器。
该传感器包含基于湿敏电容器原理的相对湿度传感器和基于带隙电路的温度传感器，而且该传感器还有14位的ADC和双线串行接口，能方便地输出经过校准的相对湿度和温度的串行数据，该智能传感器的相对湿度测量范围0～100%RH，在10～90%RH范围内，最高测量精度为±2%RH，温度测量范围是-40～+123.8℃，分辨率为0.1℃，工作电压范围是2.5～5.5V，响应时间小于3秒。
图2 SHT15引脚及线图连接图图3 SHT15内部结构图图4 24C512引脚及线路连接图在子点存储器上选用了AT24C512，该存储器为是ATMEL公司生产的64KB 串行电可擦的EEPROM可编程存储器，内部有512页，每一页为128字节，任一单元的地址为16位，地址范围为0000-0FFFH。
它通过IIC总线接口进行操作，可以很方便地接入IIC协议总线上，采用8引脚封装，具有写保护脚，可在+1.8V～6.0V电压下工作，结构紧凑等特点，特别适用于具有较大容量数据存储要求的数据采集系统，因此在测控系统中被大量采用。
电子设计所需要注意的地方：a.子点采用电池供电，所以要设计休眠功能，以最大化降低功耗b.子点数量较多时，如果不分配好通讯时间，可能会造成无线信息堵塞，从而出现漏发，多发等情况c.为了区分开各个子点，需要引入子点ID号机制，接收端对所有子点的网络地址与ID号进行关联登记，长时间无上传数据的子点也要进行注销处理。
d.优化无线通信数据处理模式，减少对带宽的需求3.上位机软件设计上位机监控端软件采用基于.NET框架上的C#开发语言和Access数据库实现。
该软件设置了多种功能：用户管理;数据查询和下载;数据曲线显示、数据导出;监控系统设置备份;短信平台、邮件平台报警设置;报警延时等多种功能均通过上位机软件实现。
通过USB端口将数据接收器接入上位机后，上位机监控软件能自动识别所接入的数据接收器，列出所有已连接的子点，并显示其当前状态。
由监控软件可配置各个子点的多个参数，包括：自动同步系统时间，设置各个子点的报警上下限值与分时处理，采样周期，记录周期，更新子点ID号与网络标志号等。
另外，监控软件可以同步PC端关机期间各个子点的离线数据，避免监测缺漏情况。
图5 软件主窗口图5显示的是整个无线温湿度监控系统在组网成功后，进行实时温湿度采集的上位机软件监控界面。
除了能进行温湿度信息的实时显示，还可以将整个Zigbee网络的各监控点历史数据用图形化的方式进行显示，便于数据的比较和溯源。
图6 报警配置图6显示的是无线温湿度监控系统的软件、短信、声音和邮件报警的设置，通过上述几种报警方式能够及时地将异常的温湿度值通知用户，提醒用户前往排查导致温湿度报警的问题，减少用户损失。
4.结语本文采用ZigBee无线通信技术，结合嵌入式处理器与上位机实现温湿度监控系统搭建，并通过优化电子线路设计和单片机运行控制程序，配合采用适宜的采集模块和通信模块，在满足无线数据通信需求的基础上，降低无线数据采集点的能耗和采取适合无线数据通信模式降低带宽需求，较为完善地解决当前ZigBee 在无线温湿度检测应用中所遇到的问题。
实现了通过各子点与中继、上位机的网状无线通讯监控，使得实验室管理人员能够非常方便地查看到各个实验室或环境试验箱的温湿度值，并可进一步配套控温控湿设备以控制其环境状态维持在所设定范围内。
实践证明，该系统能准确采集温湿度值，有效预防实验室危险事故的发生，并保障实验室温湿度数据的有效溯源性，而且该套系统采用通信组网方便的无线传输方式，能节省安装过程所耗费的人力物力，有着广阔的前景。
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