基于物联网的温湿度采集系统

温州科技职业学院 胡国南

0 引言

近年来，随着科学技术的发展，尤其是无线接入技术的发展，使得数据交换业务不断增加，随之无线网络和无线通信技术发展趋势日益增加，在工农业生产红无线通信的应用也越来越广泛，有力地推进了无线通信向高速通信方向发展。无线传感网络的无线通信技术主要有ZigBee技术、蓝牙、Wi-Fi和红外等，其中ZigBee技术是依据IEEE 802.15.4无线标准，它一种低功耗、低数据速率、低成本、短距离的双向无线通信技术，可以实现在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信，通信效率非常高。

1 硬件的整体系统介绍

本系统由数据采集模块（协调器），终端模块（终端节点）星型网络通信，最后通过串口与电脑连接，由上位机（PC）显示测得的温湿度和烟雾浓度或者直接利用液晶屏OLED 12864进行显示，简单方便。在本设计中传感器获取的温湿度等信息通过终端模块上传给数据采集模块，数据采集模块主要是负责搭建Zigbee数据网络，将终端模块上传的信息上传给上位机。上位机的监控界面主要是包含是监测环境的温湿度的大小及变化的趋势以及烟雾浓度等信息。在终端模块中将多个传感器置于不同的位置，进行多点测试，每个传感器节点测得的数据进行汇总处理。处理后数据通过液晶显示屏直观进行显示或者通过串口传到电脑反馈给用户。

1.1 CC2530核心板介绍

CC2530是一款兼容IEEE 802.15.4的真正的片上应用系统，支持ZigBee网络标准。CC2530采用了适应2.4GHz IEEE 802.15.4的RF收发器 ,低功耗，微控制器，内置有8-KB RAM，具备增强8051MCU内核，还支持一般的低功耗无线通信。它提供有4中供电模式，具有很强的抗干扰性能及卓越的灵敏度，可以广泛的应用于智能楼宇，远程控制和消费类电子等众多领域中。

1.2 液晶显示屏OLED介绍

OLED是有机发光二极管（Organic Light-Emitting Diode）的简称，跟LED的点光源相比，OLED是采用了面光源，因此其分辨率比较高。与传统的显示技术器件相比，它具有超轻、超薄、广视角、高清晰,耐低温、抗震性能好等一系列优点。同时OLED显示器的组件结构比LCD简单，所以其制造工艺也要简单一些，其制作所需材料比较少，成本比较低。日前也越来越多的液晶显示屏LCD被OLED所取代。其采用串行SPI接口方式，不需要高压，直接接上3.3V就可以工作了。

1.3 主要器件

DHT11是一款既可以测量温度又可有测量湿度的数字温湿度传感器模块。湿度的测量精度是+-5%RH，温度的测量精度+-2℃，温度的测量范围在0～50℃之间，不适合温度极低的情况。DHT11共有三个IO接口，一个VCC接VCC，一个GND接GND，剩下一个DATA接微处理器的IO就可以，硬件电路简单。DHT11与CC2530之间的通信是采用单总线的格式，一次传输40位数据大概需要4ms的时间，40位数据=8bit湿度整数数据+8bit湿度小数数据+8bint温度整数数据+8bit温度小数数据+8bit校验位。如果没有接收到主机发送开始信号，DHT11就不会主动进行温湿度数据的采集

MQ-2气体传感器：双路信号输出，模拟量输出及TTL电平输出，本设计使用模拟量输出浓度，模拟量输出0～5V电压，浓度越高电压越高。

2 开发环境的搭建

与Keil C类似，IAR Embedded Workbench是一个用单片机程序开发的集成开发环境，它对CC2530提供完美的支持，所以在本系统中选用它作为开发环境。使用IAR软件编程的步骤主要有创建工程——添加源码——工程配置——编译工程——调试程序——下载等。Z-Stack是符合Zigbee协议栈规范的一个硬件和软件平台，是Zigbee协议栈的一个具体实现。Z-Stack的整个开发环境IDE使用的是IAR。

2.1 Zigbee协议栈介绍

通信双方需要按照某一标准进行数据的接收与发送，这一标准称为协议，而协议栈是是协议的一个具体实现形式，是一个用户与协议之间的桥梁。ZigBee的协议分为物理层和介质访问层两部分。ZigBee协议栈就是将各个层定义的协议都集合在一起，以函数的形式实现，用户可以直接调用。Z-Stack是符合Zigbee协议栈规范的一个硬件和软件平台，是Zigbee协议栈的一个具体实现。

自己添加的应用任务程序在Zstack中的调用过程是main函数main()---> 系统初始化函数osal_init_system()---> 任务初始化函数osalInitTasks()---> 应用程序初始化函数SampleApp_Init()，也就是相当于启动文件-->系统文件-->系统接口文件-->应用程序。其中函数SampleApp_Init()是应用协议栈必不可少的一个函数，对温湿度有关的初始化信息都设置在这个函数里面。

2.2 部分软件程序

2．2．1 烟雾浓度读取程序

2．2．2 温度超值报警设计

3 结论

在本设计中，软件上主要是结合了Zigbee协议架构进行编程设计，硬件采用的是微处理器CC2530对环境的温湿度进行数据的采集。系统采用C51编程，在IAR集成开发环境中先对各个节点的模块进行调试，搭建无线网络，实现系统的整体设计。在基于Zigbee无线传感器节点模块上，可以实现数据的实时采集，处理以及传输等功能。本设计所构成网络，可以实现在谷仓内的温湿度检测，工厂厂房内不同区域的温湿度控制以及大面积的温室培养等功能。

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[8]IAR使用指南．

[9]周立功单片机有限公司．