基于无线传感网络的空气质量监测系统毕业设计论文

(此文档为word格式，下载后您可任意编辑修改！)

摘要

空气品质对人的影响至关重要，利用传感器检测空气质量是当今流行的一种方法，本文介绍了传感器在空气质量检测方面的原理应用及监控系统的网络设计。

本系统采用无线传感器网络来实现数据的采集与发送。无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。

本设计系统采用CC2430无线通信模块、温湿度传感器DHT90、空气质量传感器QS-01、电源模块构建无线传感器网络，通过RS－232串口和监控中心通信，使用软件开发平台IAR Embedded Workbench开发ZigBee协议栈，基于ZigBee的无线网络技术以低功耗、低成本、低复杂度等特点受到越来越多企业和个人的青睐。空气质量监测系统特别适合于数据吞吐量小、网络建设投资少、网络安全要求较高、不便频繁更换电池或充电的场合。预计将在消费类电子设备、家庭智能化、工控、医用设备控制、农业自动化等领域获得广泛应用,利用ZigBee技术完成传感器节点和汇聚节点的应用程序，最终能够实现空气质量的监测。

关键字：无线传感器；cc2430；DTH90；zigbee技术；空气质量检测

I

ABSTRACT

Air quality impact on people is very important, using sensors to detect air quality is now a popular method, this paper introduces the sensor in air quality testing principle, analyzes the advantages and disadvantages of gas sensor, and gas sensor development trend and prospects.

The system uses wireless sensor networks to achieve data’s collection and transmission. Wireless sensor networks are composed of a large number of low-cost micro-sensor nodes which are deployed in the monitoring region, uses wireless communication means to form a multi-, collection and processing of perceived target information in the network coverage region, and send them to observers.

This system uses CC2430 wireless communication module ,temperature and the ZigBee wireless networking by low characteristics and so on power loss, low cost, low complexity receives more and more many enterprises and individual favor.The ZigBee technology suits specially in the data volume of goods invests few, the network security request is frequently.The estimate in the expense class electronic installation, the family intellectualization, the labor will control, medical domains and so on device control, agricultural automation obtains the widespread application These can definitively achieve the purpose of air quality monitoring.

Keywords:wireless sensor;CC2430;DTH90;ZigBee technology;air quality testing

目录

摘要 ................................................................................................................................................. I ABSTRACT .................................................................................................................................. II 1 绪论 ............................................................................................................................................. 1

1.1 引言 ................................................................................................................................... 1 1.2 课题背景和研究意义 ....................................................................................................... 1 1.3 无线传感器网络的研究进展 ........................................................................................... 2 1.4 论文的研究内容与组织结构 ........................................................................................... 4 2 无线传感器网络概述 ................................................................................................................. 6

2.1 无线传感器网络简介 ....................................................................................................... 6 2.2 无线传感器网络体系结构概述 ....................................................................................... 6 2.3 无线传感器网络特点 ....................................................................................................... 7 2.4 无线传感器网络应用 ..................................................................................................... 10 2.5 无线传感器网络关键技术 ......................................................................................... 10 2.6 无线传感器网络拓扑结构 ............................................................................................. 12 3 空气质量监测系统硬件设计 ................................................................................................... 16

3.1 ZigBee技术 ..................................................................................................................... 16 3.2 系统总体结构设计 ......................................................................................................... 17 3.3 传感器节点的硬件设计 ................................................................................................. 19

3.3.1 节点硬件总体结构 ......................................................................................................... 19 3.3.2 处理器和无线通信模块HFZ－CC2430EM－22............................................................ 20 3.3.2 传感器模块 .................................................................................................................... 22

3.4 汇聚节点的硬件设计 ..................................................................................................... 27

3.4.1 电源模块 ........................................................................................................................ 27 3.4.2 RS－232串口模块 .......................................................................................................... 28

4空气质量监测系统软件设计 .................................................................................................... 29

4.1 ZigBee协议 ..................................................................................................................... 29 4.2 IAR开发环境介绍 ......................................................................................................... 30 4.3 传感器节点应用程序设计 ............................................................................................. 31 4.4 汇聚节点应用程序设计 ................................................................................................. 33 5 系统测试与结果分析 ............................................................................................................... 35

5.1 测试方案 ......................................................................................................................... 35

5.1.1 硬件测试 ........................................................................................................................ 35 5.1.2 温度采集及串口显示测试 .............................................................................................. 35 5.1.3 数据通信测试 ................................................................................................................ 35

参考文献 ....................................................................................................................................... 36 附录C 部分程序 ......................................................................................................................... 38

4.2.1 4.2.2 4.2.3

原语概念 ................................................................................................................... 44 建立新网络 ............................................................................................................... 44 ZigBee设备加入网络过程 ......................................................................................... 45

III

1 绪论

1.1 引言

由于环境问题的严重性使得全社会环保意识的提高,对于环境信息的需求也越来越大。与传统的空气质量监测系统相比，使用传感器网络进行环境监测具有如下优点：传感器网络对被监测环境影响小；传感器网络采集数据量大、精度高；传感器节点还具有无线通信能力，可以使得节点协同监控。无线传感器网络常适用于无人监守的远程监测，该文采用无线传感器网络来监测空气质量,在城市内选择一些监测点,放置传感器节点，并通过ZigBee无线技术传输数据,终端工作人员可以通过监控中心对监测系统进行管理和配置、发布监测任务或是收集回传数据。

1.2 课题背景和研究意义

课题背景：当今,人类正面临“煤烟污染”、“光化学烟雾污染”之后,又出现了“室内空气污染”为主的第三次环境污染[1]。大量触目惊心的事实证实,室内空气污染已成为危害人类健康的“隐形杀手”,也成为全世界各国共同关注的问题。据统计,全球近一半的人处于室内空气污染中,室内环境问题对我们来讲，就显得尤为重要。然而对于室内环境问题，我们又往往忽视其重要性。但如今，各种疾病给我们敲响了警钟，再一次提醒我们，改善室内环境，杜绝和防止室内污染，不仅是为了提高我们的生活质量，而且，它也关系到身体健康和生命安全。自然环境有包括空气环境、声音环境、温湿环境和光环境[2]。人工环境又分为绿化环境、装饰环境、改造后的自然环境等。我们通常所提到的环境污染只是提到空气环境污染，因为它对人的危害最大、最直接，从而忽视了其他环境的利用和改造。其实，其他的室内环境污染一样对我们的生活、学习、工作、娱乐等等方面产生了各种危害和影响。美国专家研究表明，室内空气的污染程度要比室外空气严重二至五倍，在特殊情况下可达100倍。室内空气中可检测出500多种挥发性有机物，某些有害气体浓度可高出户外十倍乃至几十倍，其中20多种是致癌物。所以美国已将室内空气污染归为危害公共健康的5大环境因素之一。加拿大的一个卫生组织的调查也显示，当前人们68﹪的疾病都与室内空气污染有关室内环境污染已经引起35.7%的呼吸道疾病,22%的慢性肺病和15%的气管炎、支气管炎和肺癌，所以检测技术是人们认识和改造