基于Zigbee无线网络传感器工作环境监测系统的设计

李金宝

摘要：为了对工作环境进行监测，本文提出了基于Zigbee传感器网络的工作环境监测系统的设计。采用ARM9作为控制核心。与以往的单片机控制相比，该系统控制功能更完善和强大；气体传感器和温湿度传感器通过Zigbee传感器网络与控制器进行数据通信，将环境的信息传输给控制器，控制器经过数据分析并发出控制信号以合理控制终端装置。

关键词：工作环境 Zigbee 传感器

中图分类号：TP302 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）09-0166-01

当前，精确监测工业、农业的工作环境变得十分广泛，它对工业产品质量、农作物产量及安全起着很大的作用。嵌入式系统技术是当前一个技术热点，并越来越广泛的应用于工业控制、无线通信、网络应用、消费类电子、成像和安全等领域。Zigbee协议规定的技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。

1 系统总体设计方案

本远程监控系统采用三星ARM9内核的S3C2440处理器，由温、湿度传感器构成整个数据采集模块，通过Zigbee无线网络模块，将数据实时传输给处理器。处理器根据当前所处环境情况，进行专家系统分析。当达到设定条件时，控制模块启动相应的闸门设备。系统将采集到的环境情况显示输出在显示屏上，历史数据存储在数据库模块中。整个系统主要由以下几个模块构成：Zigbee无线传感器模块，控制器模块，数据显示模块和机械控制模块。

2 无线传感器网络节点硬件设计

设备节点是无线传感器网络中网络设备的基本单元，也是无线网络传感器网络功能得以实现的基本平台，在本系统中的无线传感器网络节点按功能不同可分为三类：协调器节点、路由节点和终端设备节点。

3 传感器选型

ES2000T为特安自主研发产品，对检测工业现场可燃气体及有毒气体泄漏采用分线制与报警控制器连接使用。结构设计合理并密封良好。采用RS485多种工业通用接口，可直接接入各种显示仪表，实现环境监测。与数据采集器配合使用，可作为气体及温湿度定点监测或移动测量的仪器，气体传感器可实现复杂环境有害气体监测。

4 系统实验

4.1 实验平台搭建

软件平台：IAR Embedded Workbench。

硬件平台：PC机1台，2个终端传感器节点，1个协调器，1个控制中心在此实验中协调器采用持续电源供电，2个传感器终端节点采用电池供电。

4.2 节点组网测试

将系统的硬件设备连接好，并将系统软件程序通过CC2530仿真器将程序烧写到传感器终端节点和协调器节点。接下来将协调器跟计算机通过串口相连接，启动超级终端，串口设置为COM1，波特率为38400bps，数据位8bits，无奇偶校验位，停止位1bit。运行超级终端，可以在串口信息栏里观察到网络中设备节点数据传输的情况。

4.3 通信距离测试

将两块ZigBee节点模块分别通过仿真器连接至计算机，在SmartRF Studio 7中选择Expert Mode，再将一个节点设置为Packet TX，另一个节点为Packet RX。对芯片的发射功率进行设定，测试不同发射功率下的RSSI（Received Signal Strength Indication）、发射成功率、发射距离等。在空旷的操场上对三种不同发射功率模式，对不同距离进行信号测试，每相隔一米点击发送节点模块随即发送100个数据包，待发送结束后，可在SmartRF Studio 7软件的右下侧查看到接收模块节点数据包的接收情况。其中，RSSI（Received Signal Strength Indication）即接收的信号强度指示，可用来测试信号传输距离的通信质量。实验所测RSSI值与理想的RSSI值存在着一定的偏差，但总体趋势正确，可以用来表示无线网络的链接质量。

5 结语

本系统通过Zigbee无线传感器网络对工作环境进行实时监控。所用的技术是当下比较先进的短距离物联网技术。通过无线网络可以将工作环境的实时数据传送给主控机，用以对工作环境的温度、湿度及有害气体进行实时监测，节省了大量人力。同时专家系统也可以根据不同的环境因素进行不同的处理（如升温、加湿、报警等），进一步提高了此系统的全面性及灵活性，可广泛应用于物资仓库、粮库、农用大棚等环境中。

参考文献

[1]TI，A True System-on-Chip solution for 2.4 GHz IEEE 802.15.4/ZigBee，2005.

[2]禹德贵，无线传感器网络节点设计及MAC协议研究与实现[D].北京：北京邮电大学，2011.

[3]Z-Stack Application Programming Interface，Document Number：F8W-2006-0021，Texas Instruments，Inc.