基于无线传感器网络的环境监测系统设计与实现
基于无线传感器网络的农业环境监测系统设计
Ｚ ｉ ｇ Ｂ ｅ ｅ 作为一种近距离 、 低 功耗 、 低 传输速 率 、 低成 本 、 高
可靠性的无线通信技术 ， 特 别 适 用 于 现 代 设 施 农 业 的无 线 环境数据采集与监测 。
（ 邕 Ｑ 。 。 ｃ 面 亚 。 ￣ 。 ２ 噩 丑 。 ＇ ｆ ‘ ￣ ； 。 殓 互 ｒ ＇ ’ ｇ 。 噩 － ’ 。 ： ａ 噩 。 ｝ ＇ ’ — ） ） Ｉ ｌ Ｉ ｌ Ｍ ” Ｓ Ｐ ４ ３ ０ 模 Ｆ 。 Ｉ 块 札 ４ ９
传感器节点各硬件模块功能简介如下 ： （ １ ） 传 感 器 模 块 。该 模 块 主 要 集 成 了 各 种 传 感 器 ， 对 温度 、 湿度 、 光照 强度 、 土 壤 ＰＨ 值 等 物 理 量 进 行 采 集 ， 由 ＡＤ 转 换 器 将 模 拟 电信 号 转 换 成 数 字 信 号 。其 中 温 湿 度 传 感 器 采 用 的 是 数 字 温 湿 度 传 感 器 ＤＨＴ２ １ ， 它 是 一 款 含 有 已 校 准 数 字信 号输 出 的温 湿 度 复 合 传 感 器 ； 本 方 案 中选 择 ＴＳ Ｉ ２ ５ ６ １作 为 光 强 度 传 感 器 ， 它具备高 速 、 低 功耗 、 宽 量程 、 可 编程 且 可 以 根 据 用 户 灵 活 配 置 等 优 势 ； Ｃ Ｏ。浓 度
器 节 点 和 监 测 平 台 四部 分 组 成 。监 测 平 台是 系 统 的 管 理
０ 引 言
近 年 来 我 国以 大 棚 和 温 室 为 主 体 的设 施 农 业 正 在 迅 速发展 ， 但与国外相 比， 我 国 的 设 施 农 业 普 遍 存 在 科 技 含 量低 、 生产水平和效益低下等缺点 ， 因此 ， 迫 切 需 要 提 高 我 国设 施 农 业 的整 体 水 平 。信 息 技 术 在 农 业 领 域 中 的 应 用
无线传感器网络在环境监测中的应用
无线传感器网络在环境监测中的应用无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSNs）是由大量分布式传感器节点组成的网络系统，每个节点都具备感知、计算和通信功能。
WSNs可以广泛应用于各个领域，其中之一就是环境监测。
本文将介绍无线传感器网络在环境监测中的应用，包括空气质量监测、水质监测以及噪音监测等方面。
一、空气质量监测无线传感器网络在空气质量监测中发挥着重要的作用。
通过部署在城市或工业区的传感器节点，可以实时监测空气中的各种指标，如PM2.5、PM10、SO2、CO等。
传感器节点会定期采集数据，并通过网络传输到数据中心进行处理和分析。
这样一来，环保部门或者研究人员可以及时获得空气质量的监测结果，并采取相应的措施。
二、水质监测无线传感器网络在水质监测方面也有着广泛的应用。
通过在河流、湖泊或水库等水体周围部署传感器节点，可以实时监测水质的各项指标，如水温、溶解氧、水中化学物质浓度等。
传感器节点会自动采集数据并发送给数据中心进行处理。
通过对水质数据的分析，可以及时预警水质污染情况，并采取相应的治理措施，保护水资源的安全和可持续利用。
三、噪音监测无线传感器网络还可以应用于噪音监测领域。
通过在城市或工业区域部署传感器节点，可以实时监测噪音的强度和频谱等参数。
传感器节点会定时采集噪音数据，并通过网络传输到数据中心进行分析。
基于分析结果，可以制定有效的噪音控制策略，保护居民和工人的健康，提高城市的生活质量。
四、温度和湿度监测除了空气质量、水质和噪音监测，无线传感器网络还可以应用于温度和湿度的监测。
无线传感器节点可以被部署在室内或者室外，通过实时采集数据，可以对温湿度的变化进行监测。
这对于农业、气象等领域具有重要意义。
例如，在农业中，及时监测到气温和湿度的变化，可以帮助农民做出科学的决策，提高农作物的产量和质量。
五、能源管理无线传感器网络在环境监测中的应用还体现在能源管理方面。
由于传感器节点通常通过电池供电，能源管理是一个重要的问题。
基于无线传感器网络的大气环境监测系统设计
对大气环境的监测具有准确 、 灵敏和分辨率高的特 点 ， 也 存 在所用 设 备结 构复 杂 （ 但 由多 台 设 备 组
成 ）价格 昂贵 （ 、 每套 价格 约 ２ ０万元 ） 国产 化 率 低 ０ 、 （ 主要 设备 均为 进 口）难 以维 护 （ 、 主要 设 备 发 生 故 障时 只 能运 到 国外维 修 ）运 营成 本 高 （ 、 每年 的运 营 费用 大约 ３ ０万元 ） 缺 陷 ， 难 在全 国大范 围 内普 等 很 及 ， 在 只有 大城 市 及其 周边 区域 采 用这 种 方 法 对 现 大气 环境 进行 监测 。同 时其 工作环 境 苛 刻 ， 要设 主 备 需 要放 置在 一 间恒 温 的机 房 内 ， 般环 境 监 测 现 一 场 难 以达 到要 求 ， 且一 旦 建站 地点 确 定后 就 很 难 再 次移动 ， 这就 限制 了其 无 法对 野外 、 大 农村 、 远 广 边 地 区 、 矿等 目标 区域 的大气 环境 进 行 监测 。特 别 厂 是 对 目前 频发 的有 毒 有 害气 体 泄 漏 等 突发 的 大气 环 境 污染 事件 的监 测 ， 自动化 大气 环境 监 测 站 更是 显 得力 不 从 心 ， 对 这 样 的 突 发 大 气 环 境 污 染 事 面 件 ， 境监 测人 员 就不 得 不采 取在 突 发现 场 进 行人 环 工 采样 实 验室 分析 的方 法 进行 监测 ， 样 不 但危 害 这
测 现 场 在一段 时间 内某种 气 体 的平 均浓 度 ， 种 方 这 法虽 然所 用设 备 和操 作都 很 简单 ， 却存 在 很 多 弊 但 端 ， 只能得 到 监测 现场 某段 时 间 内被 监测 气 体 的 它 平均 浓度 ， 能 够 提 供 实 时值 ， 监 测 结 果 受 人 为 不 且 的影 响很 大 ， 有害气 体 浓度 很 高 的现 场进 行 监 测 对 时， 现场 摆放 气 体 吸收液 会严 重 损害 环境 监 测 人 员
基于zigbee技术的家居环境监测系统的设计与实现最终版
基于zigbee技术的家居环境监测系统的设计与实现最终版摘要：环境是人们赖以生存的必要条件，随着现代化信息技术的迅猛进展和提高，人们对自己的生活环境有了更高的要求，期望自己的生活环境健康、舒服。
近些年，专门是人类在信息技术上的快速进展，使得各种无线通信技术有了前所未有的突破，无线技术在智能家居上的应用将越来越广泛。
因此，本文利用ZigBee技术设计出了这种无线家居环境监测系统。
该系统中，传感器节点〔即终端节点〕能够选择温度、湿度、亮度等传感器，同时能够依照需求添加或减少传感器节点。
因此本文无线网络终端模块选用的CC2530芯片为平台，以实现信息数据的接收与发送。
此芯片内置8051内核的单片机内核，并有一定的内存空间，故只要加上些少许外围电路就能够实现功能，无需再加单片机。
在数据接收端〔即和谐器节点〕收到的数据处理传送到PC机上显示。
为了让用户方便监测数据，本文在PC机上设计了显示界面，让人们更加方便操作及监测数据。
本系统运行可靠，能正确猎取环境数据，实现实时监测。
关键词：ZigBee;无线传感器网络;环境监测;智能家居Design and Realization of Household EnvironmentMonitoring System Based on ZigBee TechnologyAbstract：Environment is a necessary condition for survival. With the rapid development and improvement of modern information technology, people have higher requirements for their living environment. They hope they live healthily and comfortably. During recent years, especially the quick development of information technology which enables all kinds of wireless communication technology to improve unprecedentedly. So,the thesis utilizes ZigBee technology to exploit and design the wireless home environmental monitoring system. In the system, the sensor node(as well as terminal node) can choose temperature, humidity, brightness etc. Therefore, the wireless network terminal module of the thesis choose the CC2530 chip as the platform for realizing receiving and sending of the information data. The chip has a single chip with 8051 core and has certain memory space. Thus, it can realize its function by adding a little peripheral circuit without extra single chip. The received data processing in the data receiving terminal(that is coordinator node) send to PC for people’s real-time monitoring. The thesis designed the display interface in PC for people’s operation and data monitoring conveniently. The system works reliably which can obtain correct environmental data and realize real time monitoring.Keywords：ZigBee;Wireless sensor networks; environmental monitoring; smart home名目前言 0第1章绪论 (1)1.1 本文的研究背景 (1)1.2 智能家居环境监测系统的特点 (1)1.3 本文要紧研究内容 (2)1.4 开发工具及开发环境的介绍 (2)1.4.1 系统软件开发环境介绍 (3)1.4.2 上位机软件开发环境介绍 (4)第2章 ZigBee技术的概述 (6)2.1 ZigBee技术的概念 (6)2.2 ZigBee技术的特点 (7)2.3 ZigBee网络设备组成和网络结构 (7)2.4 ZigBee的协议分析 (8)2.4.1 网络层〔NWK〕 (9)2.4.2 应用层〔APP〕 (10)2.5 本章小结 (11)第3章系统的总体设计 (12)3.1 系统结构 (12)3.2 系统功能定义 (12)3.3 系统设计要求 (14)3.4 本章小结 (14)第4章系统的硬件设计 (15)4.1 ZigBee硬件选型 (15)4.2 节点硬件设计 (17)4.3 本章小结 (20)第5章系统的软件设计及实现 (21)5.1 软件部分总体介绍 (21)5.1.1 软件设计整体流程 (21)5.1.2 和谐器的自动组网流程 (21)5.2 和谐器节点软件实现 (24)5.3 传感器节点软件设计 (26)5.4 本章小结 (27)第6章上位机软件实现及测试 (28)6.1 上位机软件实现 (28)6.2 软件测试 (29)6.3 本章小结........................................ 错误!未定义书签。
无线传感器网络在环境监测系统中的设计与应用
测平 台通 信 ； 测 平 台 是 整 个 网络 的 后 台 管 理 平 监 台 ， 网络 的数 据汇 聚 中心和 系统 的管 理 中心． 是
ｔ ｏ ｔ ｒｎｇ ｐｌ ｔｏｒ ｉ ｅ ｙ，ｗ ｈｉｈ ｐ ｏｖ ｄ ｓ ｔ ｅ ｅ ｖｉｏ ｈｅ ｍ ｎｉｏ ｉ ａ ｆ ｍ ｔｍ ｌ ｃ ｒ ｉ ｅ ｈ ｎ ｒ ｎｍ ｅ ｔ ｌｍ ｏ ｔ ｒｎ ｙｓ ｅ ａ ｒ ｌ— ｎ ａ ｎｉｏ ｉ ｇ ｓ ｔ ｍ ｅｉ
假 如 需 要 更 多 网 络 可 以 通 过 简 单 的 增 加 传 感 器 节 点 的 方 式 ， 张 更 大 的 监 测 区 域 ， 现 监 测 区 扩 实 域 的综 合管 理． ２ 无 线 传 感 器 网 络 节 点 的 硬 件 设 计 无 线 传 感 器 网 络 节 点 硬 件 电路 分 为 协 调 器 、 路
通 过 ＣＣ２ ３ ５ ０的 ＺｉＢｅ ｇ ｅ通 信 协 议 无 线 传 输 至 协 调 器 ， 然后 将 数 据 传 输 到 上 位 机 进 行 监 测 与 分
析 处理 。实验 结果表 明 ， 该无 线传 感 器 网络 能 够 可 靠、 效 地 采 集相应 环境 数 据 ， 有 并及 时传 输
运 营 管理 的应 用服 务 系统 ， 电力 、 气 、 对 燃 水等 能源
收 稿 日期 ：０ ２０ —２ ２ １－５２ 基 金 项 目 ： 西 省 教 育 厅 科 研 计 划 项 目 （ １Ｋ０ ９ ） 陕 １Ｊ ９ ５ ；陕 西科 技 大学 自然科 学 基 金 项 目（ Ｘｌ一９ Ｚ ｌ２ ） 作 者 简 介 ： 文 强 （９ １ ， ， 西 省 咸 阳市 人 ， 教 授 ， 士 ， 究 方 向 ： 线 传 感 器 网 络 与信 息融 合 郭 １７ 一） 男 陕 副 博 研 无
基于无线传感器网络的温室环境监控系统设计
辽 宁装备制造职业技术 学院 自动控制工程 学院
ＳＯ Ｎ Ｇ Ｋ ａ ｉ
宋
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
恺
（ Ｃｏ Ｈ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ ａ ｕ ｔ ｏ ｍａ ｔ ｉ ｃ ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ，Ｌｉ ａ ｏ ｎ ｉ ｎ ｇ ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ ｖ ｏ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎａ ｌ ａ ｎｄ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｃｏ Ｈ ｅ ｇ ｅ）
基于传感器网络的空气质量监测系统设计
基于传感器网络的空气质量监测系统设计空气质量是现代城市面临的重要问题之一。
各种污染源的存在导致空气中污染物的浓度急剧上升，对人类健康和环境造成了严重影响。
因此，建立一个有效的空气质量监测系统非常必要。
传感器网络的发展为解决这一问题提供了一个有前景的解决方案。
本文将探讨基于传感器网络的空气质量监测系统的设计。
首先，设计一个可行的传感器网络是这个系统的关键。
传感器网络由一组分布在监测区域内的传感器节点组成，每个节点能够感知周围环境的多种参数，如温度、湿度和污染物浓度等。
传感器节点之间通过通信进行数据交换，节点间的协作能力是整个系统能否正常工作的基础。
在设计传感器网络时，需要考虑以下几个关键问题。
首先是节点的部署策略。
传感器节点的密度应根据监测区域的大小和特点来确定。
高密度部署可以提高数据采集的准确性，但也会增加系统的成本。
其次是节点之间的通信方式。
传感器节点应该能够相互通信，以共享数据和协调任务。
无线通信技术是实现传感器网络的主要手段，可以选择适合监测区域的通信协议和频段。
其次是数据采集和处理。
传感器网络需要采集和处理大量的数据。
首先，传感器节点应该能够准确地感知环境参数，并将这些数据传输到中央控制中心。
在数据传输过程中，需要考虑数据的可靠性和实时性。
其次，中央控制中心应该能够及时地接收和处理来自传感器节点的数据。
数据处理要对数据进行滤波、分析和存储等操作，以提取有价值的信息。
另一个重要的问题是系统的可视化和分析。
通过可视化，用户可以直观地了解空气质量状况，并及时采取相应的措施。
因此，设计一个直观、易用的用户界面是非常重要的。
用户界面应该能够以图形和图表形式显示监测区域内的空气质量情况，并能够实时更新。
此外，系统还应该具备数据分析的能力，可以进一步分析和预测未来的空气质量趋势。
最后，系统的安全性是需要重点考虑的。
传感器网络涉及到大量的敏感数据，例如个人隐私和环境监测数据。
因此，系统需要采取一系列的安全措施来保护数据的安全性和完整性。
无线多媒体环境监测系统的设计与实现
Ｍｕｔ ｄａ ｅｓｒ ｅ ｏｋ ） ｌｍｅｉ Ｓ ｎｏ ｔ ｒｓ通过在 传统无线 传 ｉ Ｎ ｗ
感 器 网络 节 点 的基 础 上 引入 微 型 Ｃ ＭＯＳ摄 像 头 、 麦克 风 等硬 件设 备 ， 实现采 集 图像 、 频 、 频 等 多 音 视 媒体 数 据 的功 能 。为 了能 够 将 无 线 多媒 体 传 感 器
ＴＰ ９ ３１
中 图分 类 号
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１ 引言， ｒ ｅｓＳ ｎｏ ｔ ｅ
软件 对二 者 的协 调 控 制 ， 达 到对 环 境 进 行 长 期 、 以
有效 、 精准监测 的目的 。
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基于无线传感器网络的环境监测系统设计与
实现
随着科技的不断发展，生活和工作环境的质量正逐渐成为人们关注的重点，而
环境监测体系作为保障健康的一项重要基础设施，一直备受关注。
在传统的环境监测体系中，大量的人力物力投入不仅会增加成本，而且监测范围有限，无法满足更为广泛的需要。
为了解决这些问题，基于无线传感器网络的环境监测系统应运而生。
一、无线传感器网络技术初探
无线传感器网络(Wireless Sensor Network, 简称WSN)是一种基于微型传感器(RFID、红外、压力、温度、湿度、气体等)和无线通信技术的分布式、自组织的、多级别网络体系。
由于传感器具有微小、低功耗、高可靠性和高灵敏性等特点，因此WSN广泛应用于各种环境监测。
传感器节点是WSN网络的核心，它们测量环境参数，并将其发送至网络控制
中心。
传感器节点依靠其他节点进行通信，组成一个自适应、可扩展的网络结构。
传感器节点通常配备一个微处理器、一个电源、一个传输接口和一个传感器。
由于传感器节点数量巨大，节点间的通信和协作就成为了WSN设计中的关键问题。
二、无线传感器网络环境监测系统设计
无线传感器网络技术在环境监测领域具有广泛的应用。
具体而言，WSN在大
型环境监测系统的设计和实现中可以发挥重要作用。
如何有效设计和构建这样一个系统？
1.系统架构设计
基于WSN设计的环境监测系统主要由传感器节点和控制中心组成，其中控制
中心是整个系统的核心。
控制中心的主要功能是接收传感器节点数据、分析数据并
进行处理。
通过合理的数据处理和决策，系统可以对环境参数进行准确的监测和管理。
控制中心通常配备一个多功能物理接口，以便与其他系统交互。
2.传感器节点设计
传感器节点是WSN的关键组成部分，它们负责实时采集环境参数并传输数据。
在对传感器节点进行设计时，需要考虑以下因素：
(1) 传感器种类: 考虑采用何种传感器类型，例如温度传感器、湿度传感器、二
氧化碳传感器、风速传感器等。
(2) 节点功耗: 节点功耗直接影响系统整体效率，因此需要尽可能减少节点功耗。
(3) 网络安全: 传感器网络通常工作于开放环境，因此网络安全问题也需要被高
度重视。
3.数据处理与存储设计
在WSN环境监测系统中，数据处理和存储是非常重要的环节。
传感器节点采
集的大量数据需要经过合理的处理和存储，以便控制中心对数据进行分析、处理和管理。
数据处理和存储的设计主要涉及数据压缩、数据加密、数据编码和数据存储。
其中，加密技术和压缩技术是保证数据安全的关键技术。
数据编码可以通过将数据压缩来减小数据存储空间。
三、无线传感器网络环境监测系统实现
在系统设计完成后，正式实现该系统。
具体而言，无线传感器网络环境监测系
统的实现需要经历三个主要阶段：
1.硬件设备选购和安装
这是整个环境监测系统的第一步，需要选购适用于该系统的传感器等硬件设备。
设备选购结束后，系统需要进行设备安装。
设备的安装位置根据具体监测目标的需要而定。
2.软件开发和测试
环境监测系统的软件开发是构建整个系统的关键步骤。
软件开发需要进行程序
编制、功能设计、数据处理和通信协议等方面的工作。
软件开发结束后，对系统的可靠性和性能进行测试。
3.系统调试和优化
在进入正式运行前，无线传感器网络环境监测系统需要进行系统调试和优化。
如发现系统硬件设备故障、传输问题等，需要对其进行修复和改进。
四、结语
随着科技的发展，无线传感器网络环境监测系统成为当前环境监测领域的热门
话题。
在如今持续增长的需求中，基于WSN技术的环境监测系统无疑是未来的发
展趋势。
必须充分重视系统设计和实现，确保监测和管理的准确性和可靠性。
同时，需要对WSN技术进行深入研究和不断创新，以提高系统的性能，为我们创造一个
更美好的生活和工作环境。