隨著人們追求健康幸福生活的要求不斷提高,人們更加關(guān)注室內(nèi)環(huán)境健康。室內(nèi)微小氣候監(jiān)測系統(tǒng)主要對室內(nèi)小范圍區(qū)域內(nèi)的環(huán)境氣候進行檢測,PM2.5、溫度、濕度、煙霧等都是微小氣候研究的對象,監(jiān)測室內(nèi)微小氣候?qū)τ趧?chuàng)造健康生活有著重大意義。為了實時掌握室內(nèi)如家庭、辦公場所的微小氣候,本文設(shè)計了基于ZigBee技術(shù)的室內(nèi)微小氣候在線監(jiān)測系統(tǒng)。主要完成了以下工作:(1)在調(diào)研國內(nèi)外環(huán)境監(jiān)測研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,提出一種新型的基于ZigBee無線傳感技術(shù)的室內(nèi)微小氣候在線監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由無線終端采集節(jié)點、協(xié)調(diào)器節(jié)點和上位機軟件三部分組成。(2)完成硬件電路的設(shè)計。硬件電路以CC2530射頻單片機為控制核心,主要包含終端節(jié)點電路和協(xié)調(diào)器節(jié)點電路。終端節(jié)點采集溫度、濕度、PM2.5和煙霧等微小氣候數(shù)據(jù)并以ZigBee無線傳輸?shù)姆绞桨l(fā)送到協(xié)調(diào)器,協(xié)調(diào)器通過無線方式獲得終端數(shù)據(jù)并通過串口與上位機通信。(3)在IAR System開發(fā)平臺采用C語言設(shè)計了硬件電路程序。主要包括終端節(jié)點對室內(nèi)微小氣候信息的采集程序、終端節(jié)點無線發(fā)送數(shù)據(jù)程序、協(xié)調(diào)器自組網(wǎng)程序和協(xié)調(diào)器接收、解析終端數(shù)據(jù)包程序。(4)在Visual Studio2010開發(fā)平臺利用VC++開發(fā)了上位機監(jiān)測軟件。上位機能夠通過串口與硬件電路通信來獲取室內(nèi)微小氣候環(huán)境數(shù)據(jù),具有實時數(shù)據(jù)更新、溫濕度曲線描繪和煙霧濃度超標報警功能,同時建立與OneNET云服務(wù)器的聯(lián)系,將數(shù)據(jù)存儲到云端。測試表明,該系統(tǒng)能夠多點無線檢測室內(nèi)微小氣候環(huán)境數(shù)據(jù),設(shè)備節(jié)點可自發(fā)形成ZigBee網(wǎng)絡(luò),連接上位機可實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示和云端存儲,方便用戶實時掌握室內(nèi)微小氣候數(shù)據(jù)。系統(tǒng)工作性能穩(wěn)定、實用性強,易于推廣和擴展。
【學位單位】：山東科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TP311.52;TN92
【部分圖文】：

在ＩＳＭ頻帶，也叫公共頻段，不需要許可就可使用，這些頻段包括ＩＳＭ（Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ、??Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ?ａｎｄ?Ｍｅｄｉｃａｌ－工業(yè)、科學和醫(yī)療）頻段。在ＩＥＥＥ?８０２．１５．４中共規(guī)定了??２７個信道如圖２．１所示。??Ｃｈａｎｎｅｌ?０?Ｃｈａｎｎｅｌｓ?１－１０?，?＾．＜Ｌｉ??８６８ＭＨｚ／９１５ＭＨｚ?￣１?ｈ?２ＭＨｚ??ＰＨＹ?，?ｌｌｌｌｌｌｌｌｌｌ??Ｂｍ．ＺＭＨｚ?ｍ２ＵＨｚ?ｉ２８ＭＨｚ??２．４?ＧＨｚ??ＰＨＹ?Ｃｈａｎｎｅｌｓ?１１－２６?一丨?ｊ—ｓｍｈ！??２４?ＧＨ２?２．？３５ＧＨｚ??圖２．１頻率和信道分配圖??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ａｎｄ?ｃｈａｎｎｅｌ?ａｌｌｏｃａｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ??ＩＥＥＥ?８０２．１５．４標準中定義了兩個頻段，２．４ＧＨｚ頻段和８９６／９１５ＭＨｚ頻帶，??ＺｉｇＢｅｅ在不同地區(qū)的頻率工作范圍如表２．２所示。??表２．２國家和地區(qū)ＺｉｇＢｅｅ頻率工作范圍??Ｔａｂｌｅ?２．２?ＺｉｇＢｅｅ＇ｓ?ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ?ｒａｎｇｅ?ｉｎ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ａｒｅａｓ??頻率?頻帶?覆蓋范圍?數(shù)據(jù)傳輸速度?信道數(shù)量??２．４ＧＨｚ?ＩＳＭ?全球?２５０ｋｂｐｓ?１６??９１５ＭＨｚ?ＩＳＭ?美洲?４０ｋｂｐｓ?１０??８９６ＭＨｚ?ＩＳＭ?歐洲?２０ｋｂｐｓ?１??２．１．３?Ｚｉｇｂｃｃ網(wǎng)絡(luò)拓撲??ＺｉｇＢｅｅ技術(shù)具有強大的組網(wǎng)能力，支持星形、樹形以及網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓撲方式。??網(wǎng)絡(luò)中一般會存在３種設(shè)備

應(yīng)用層是看不到路由進程的。這種拓撲結(jié)構(gòu)擴展性好，一個協(xié)調(diào)器可以連接很??多的路由，路由又將連接更多的終端節(jié)點，因此樹形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)在較大范圍??的場合應(yīng)用中更具優(yōu)勢。樹形拓撲結(jié)構(gòu)見圖２．３。??＿?ＰＡＮ協(xié)調(diào)器修路由器〇終端設(shè)備??圖２．３樹形拓撲結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｒｅｅ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ??（３）網(wǎng)絡(luò)拓撲??網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)與樹形結(jié)構(gòu)看起來很相似，但是網(wǎng)狀拓撲網(wǎng)絡(luò)中路由節(jié)點之??間可以直接傳輸信息，這在樹形結(jié)構(gòu)中是沒有的，每一個節(jié)點都連接了至少兩??個其他節(jié)點，這種路由機制也大大提高了傳輸效率，一個路由出了問題，信息??可以選擇其他路由繼續(xù)傳遞下去［３１１�？梢钥闯�，網(wǎng)狀拓撲的通信功能最強大，??但同時它占據(jù)的存儲空間也會加大，對系統(tǒng)能量的消耗也會增加［３２］。拓撲結(jié)構(gòu)??見圖２．４。??〇－一？？．．．．．ａ＂?＇＇」?？路由器??Ｑ終端設(shè)備??圖２．４網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｍｅｓｈ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ??室內(nèi)微小氣候在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測范圍較小，傳輸距離較短，采集數(shù)據(jù)信息??量不大。ＺｉｇＢｅｅ的星形拓撲結(jié)構(gòu)組網(wǎng)方便，功耗較低，而且可以容納較多的傳??感器數(shù)量

應(yīng)用層是看不到路由進程的。這種拓撲結(jié)構(gòu)擴展性好，一個協(xié)調(diào)器可以連接很??多的路由，路由又將連接更多的終端節(jié)點，因此樹形網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)在較大范圍??的場合應(yīng)用中更具優(yōu)勢。樹形拓撲結(jié)構(gòu)見圖２．３。??＿?ＰＡＮ協(xié)調(diào)器修路由器〇終端設(shè)備??圖２．３樹形拓撲結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｒｅｅ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ??（３）網(wǎng)絡(luò)拓撲??網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)與樹形結(jié)構(gòu)看起來很相似，但是網(wǎng)狀拓撲網(wǎng)絡(luò)中路由節(jié)點之??間可以直接傳輸信息，這在樹形結(jié)構(gòu)中是沒有的，每一個節(jié)點都連接了至少兩??個其他節(jié)點，這種路由機制也大大提高了傳輸效率，一個路由出了問題，信息??可以選擇其他路由繼續(xù)傳遞下去［３１１。可以看出，網(wǎng)狀拓撲的通信功能最強大，??但同時它占據(jù)的存儲空間也會加大，對系統(tǒng)能量的消耗也會增加［３２］。拓撲結(jié)構(gòu)??見圖２．４。??〇－一？？．．．．．ａ＂?＇＇」?？路由器??Ｑ終端設(shè)備??圖２．４網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)??Ｆｉｇｕｒｅ?２．４?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｍｅｓｈ?ｔｏｐｏｌｏｇｙ??室內(nèi)微小氣候在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測范圍較小，傳輸距離較短，采集數(shù)據(jù)信息??量不大。ＺｉｇＢｅｅ的星形拓撲結(jié)構(gòu)組網(wǎng)方便，功耗較低，而且可以容納較多的傳??感器數(shù)量
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本文編號：2845016