基于物聯(lián)網(wǎng)的室內(nèi)環(huán)境甲醛監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、基于物聯(lián)網(wǎng)的室內(nèi)環(huán)境甲醛監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)目錄第一章 緒 論11。1 選題背景11。2小結(jié)1第二章 作品方案設(shè)計(jì)22.1 作品方案22.1。1 作品概述22。1。2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)及WEB服務(wù)器設(shè)計(jì)32。1。3 網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)42。1。4 ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)52。2 預(yù)期目標(biāo)52。3 小結(jié)5第三章 上位機(jī)與WEB服務(wù)器設(shè)計(jì)63。1上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)63.1。1功能模塊73.2 小結(jié)11第四章 網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)收發(fā)軟件設(shè)計(jì)124。1硬件系統(tǒng)124。1。1 SIM900A 開(kāi)發(fā)板124。1。2 協(xié)調(diào)器124。2 軟件系統(tǒng)134。2.1 GPRS模塊程序設(shè)計(jì)134。2。3 ZigBee協(xié)調(diào)器程序設(shè)計(jì)15

2、4。3小結(jié)16第五章 底層ZigBee節(jié)點(diǎn)軟硬件設(shè)計(jì)175。1硬件系統(tǒng)175.1。1 ZigBee節(jié)點(diǎn)底板電路設(shè)計(jì)175。1.2 甲醛檢測(cè)傳感器MS1100P111185。2軟件設(shè)計(jì)195。3小結(jié)20第六章 測(cè)試和結(jié)果分析216。1測(cè)試目的與方案216。2 上位機(jī)軟件測(cè)試216。3 網(wǎng)關(guān)測(cè)試236.4 底層ZigBee網(wǎng)絡(luò)測(cè)試23參考文獻(xiàn)24附件24第一章 緒 論1。1 選題背景甲醛具有比較高的毒性并且被我國(guó)列入在有毒化學(xué)品優(yōu)先控制名單上.甲醛己經(jīng)被世界衛(wèi)生組織確定為致癌和致畸形物質(zhì)。它是公認(rèn)的變態(tài)反應(yīng)源，也是潛在的強(qiáng)致突變物質(zhì)之一.甲醛問(wèn)題己成為全球公共衛(wèi)生關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來(lái)，家庭裝修成為人

3、們時(shí)尚的追求，但在美化了居室環(huán)境的同時(shí)，也因很多裝飾材料中含有毒物質(zhì)，造成室內(nèi)空氣污染,特別是室內(nèi)甲醛污染更為嚴(yán)重，對(duì)人體的健康造成了極大的危害。因此加強(qiáng)對(duì)甲醛污染的監(jiān)測(cè)和控制,對(duì)于保護(hù)人類日常生活的健康具有要的理論意義和實(shí)踐意義。除采用常規(guī)方法將其去除外，對(duì)存在甲醛的環(huán)境及時(shí)通風(fēng)是關(guān)鍵。本項(xiàng)目針對(duì)甲醛檢測(cè)、開(kāi)風(fēng)扇或其他排氣裝置進(jìn)行通風(fēng)、報(bào)警展開(kāi)設(shè)計(jì)，稀釋甲醛濃度,使其達(dá)到允許濃度,同時(shí)報(bào)警,提醒人們注意健康.當(dāng)然，本系統(tǒng)不僅僅只是適用于家庭室內(nèi)，也適用于生產(chǎn)裝演材料、家具廠等場(chǎng)合。1.2小結(jié)結(jié)合以上所述，研究一套低成本,高效率的甲醛監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)于解決家庭室內(nèi)環(huán)境甲醛濃度監(jiān)測(cè)難、不好控制、保障

4、人們?nèi)粘Ｉ畎踩哂兄匾饬x,同時(shí)也具有很大的市場(chǎng)前景和現(xiàn)實(shí)意義。第二章 作品方案設(shè)計(jì)本章詳細(xì)介紹了基于室內(nèi)環(huán)境甲醛監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架與流程，包括上位機(jī)軟件及WEB服務(wù)器的設(shè)計(jì)方法、網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)過(guò)程以及底層ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)設(shè)計(jì)方案。2.1 作品方案2.1。1 作品概述作品總體由3層網(wǎng)絡(luò)組成:底層為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，中層為GPRS網(wǎng)絡(luò)，上層為Internet網(wǎng)絡(luò)。底層和中層通過(guò)無(wú)線網(wǎng)關(guān)連接，中層和上層則利用GPRS網(wǎng)絡(luò)交互信息。底層無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由基于ZigBee無(wú)線通訊協(xié)議傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成。ZigBee技術(shù)作為一種新興的無(wú)線通信技術(shù),具有微功耗、低成本、自組網(wǎng)和節(jié)點(diǎn)布置靈活等特點(diǎn),非常

5、適合在多點(diǎn)監(jiān)測(cè)、無(wú)人值守的環(huán)境監(jiān)控中應(yīng)用。中層GPRS網(wǎng)絡(luò)由各網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)組成，完成傳感器節(jié)點(diǎn)的信息交匯、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、指令收發(fā)等功能.上層Internet網(wǎng)絡(luò)由上位機(jī)組成,上位機(jī)作為用戶對(duì)室內(nèi)環(huán)境甲醛監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，確保室內(nèi)時(shí)刻安全正常?？傮w結(jié)構(gòu)圖如21所示。圖21 室內(nèi)環(huán)境甲醛監(jiān)控總體框圖2。1。2 上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)及WEB服務(wù)器設(shè)計(jì)上位機(jī)采用HTML、Css、Javascript、MySQL、PHP編寫(xiě)的網(wǎng)站，運(yùn)行于Windows系統(tǒng)，連接數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，數(shù)據(jù)可視化操作，以及遠(yuǎn)程參數(shù)的設(shè)置.其總體框圖，如圖2-2所示。圖22 上位機(jī)軟件結(jié)構(gòu)框圖數(shù)據(jù)接收部分利用TCP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供了與 Inter

6、net 的標(biāo)準(zhǔn)接口，簡(jiǎn)化了ZigBee網(wǎng)絡(luò)采集環(huán)境參數(shù)；數(shù)據(jù)處理則是室內(nèi)甲醛監(jiān)控系統(tǒng)上位機(jī)軟件的核心部分，提供了友好的圖形用戶界面、直觀展示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)參數(shù)曲線對(duì)比，并提供手機(jī)安卓APP下載功能，用戶通過(guò)下載手機(jī)APP，無(wú)論身在何處,即可時(shí)刻查詢相關(guān)甲醛濃度數(shù)據(jù),快捷方便，而在WEB服務(wù)器方面，則通過(guò)AppServ配置系統(tǒng)環(huán)境,搭建Apache WEB服務(wù)器,配置MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)以及PHP解釋器11。選用PHP語(yǔ)言開(kāi)發(fā)WEB服務(wù)器程序，連接數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)最新數(shù)據(jù)更新以及歷史數(shù)據(jù)查詢。2.1。3 網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)ZigBee節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)要想通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳至Internet遠(yuǎn)程服務(wù)器,實(shí)

7、現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)互通,就必須用到網(wǎng)關(guān)。網(wǎng)關(guān)作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵器件，其性能直接關(guān)系到整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性,實(shí)用性，健壯性.由于設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的網(wǎng)關(guān)針對(duì)的是數(shù)據(jù)傳輸量少的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，故接收環(huán)境參數(shù)可選用串口接口。網(wǎng)關(guān)接收Z(yǔ)igBee數(shù)據(jù)，解析處理后，經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)至Internet，因此網(wǎng)關(guān)兼具TCP/IP協(xié)議12，方便數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)關(guān)結(jié)構(gòu)框圖，如圖2-3所示。圖23 網(wǎng)關(guān)硬件結(jié)構(gòu)框圖網(wǎng)關(guān)采用了重慶DQ電子的SIM900A開(kāi)發(fā)板,此開(kāi)發(fā)板集成了SIM900A GSM功能通信模塊，各種接口如2.4G 模塊接口等等，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)發(fā)提供了很大的便利條件。開(kāi)發(fā)板上使用的SIM90

8、0A模塊設(shè)計(jì)成熟，市場(chǎng)使用率高，性能穩(wěn)定可靠，其雙頻段適合在國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境使用。SIM900A支持AT指令,包括短信，語(yǔ)音數(shù)據(jù)傳輸,同時(shí)內(nèi)置TCP/IP協(xié)議,與Internet廣域網(wǎng)無(wú)縫對(duì)接。ZigBee協(xié)調(diào)器采用的是丘捷的ZigBee核心板和自主設(shè)計(jì)的底板.通過(guò)串口與32位單片機(jī)開(kāi)發(fā)板相連實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸.協(xié)調(diào)器在ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中起組建網(wǎng)絡(luò)，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)管理的作用。2.1。4 ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)底層的ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由眾多的ZigBee數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)組成.節(jié)點(diǎn)采用TI公司的Zstack無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)與數(shù)據(jù)傳輸。ZigBee節(jié)點(diǎn)采用丘捷的基于cc2530的

9、射頻模塊，底板為自主設(shè)計(jì)制作.2。2 預(yù)期目標(biāo)根據(jù)作品要求，室內(nèi)環(huán)境甲醛監(jiān)控系統(tǒng),需要實(shí)現(xiàn)以下功能:(1） 設(shè)計(jì)上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)種家居室內(nèi)的實(shí)時(shí)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，確保整個(gè)環(huán)境處于安全狀態(tài)；并提供二維碼生成功能，生成相應(yīng)的二維碼提供給消費(fèi)者進(jìn)行掃描，掃描后即可下載相應(yīng)APP,通過(guò)手機(jī)查看實(shí)時(shí)參數(shù).(2) 開(kāi)發(fā)WEB服務(wù)器,支持多客服端訪問(wèn);（3） sim900GPRS模塊與ZigBee協(xié)調(diào)器構(gòu)成硬件平臺(tái)；(4） 實(shí)現(xiàn) ZigBee底層節(jié)點(diǎn)組網(wǎng),采集數(shù)據(jù)并上傳；(5) 實(shí)現(xiàn) ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)與GPRS網(wǎng)絡(luò)、Internet信息交互；(6) 系統(tǒng)的整體調(diào)試與測(cè)試。2。3 小結(jié)方案設(shè)計(jì)是設(shè)

10、計(jì)系統(tǒng)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，將項(xiàng)目的任務(wù)規(guī)范化,列出所要完成的所有工作,在后期項(xiàng)目制作的時(shí)候可以極大提高效率,使得項(xiàng)目開(kāi)發(fā)工作有條不紊，也可以讓開(kāi)發(fā)的成本降到最低，設(shè)計(jì)之初即考慮好各種硬件模塊的性價(jià)比。第三章 上位機(jī)與WEB服務(wù)器設(shè)計(jì)3.1上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)作品上位機(jī)采用HTML、Css、Javascript、MySQL、PHP編寫(xiě)的網(wǎng)站,該上位機(jī)軟件由數(shù)據(jù)接收，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)管理三部分組成，并形成了前臺(tái)信息展示和后臺(tái)數(shù)據(jù)管理兩大模塊.數(shù)據(jù)接收部分利用TCP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供了與 Internet 的標(biāo)準(zhǔn)接口，簡(jiǎn)化了ZigBee網(wǎng)絡(luò)采集環(huán)境參數(shù)接收以及控制信息傳遞;數(shù)據(jù)處理則是系統(tǒng)上位機(jī)軟件的核心部分，提供圖

11、形用戶界面、直觀展示節(jié)點(diǎn)參數(shù)曲線對(duì)比，并提供二維碼生成功能，生成相應(yīng)的二維碼提供給消費(fèi)者進(jìn)行掃描，掃描后即可生成連接，下載相應(yīng)手機(jī)APP,隨時(shí)隨地查詢家居環(huán)境甲醛濃度；數(shù)據(jù)保存部分主要針對(duì)數(shù)據(jù)保存查詢處理等工作，亦可將數(shù)據(jù)導(dǎo)出為表格文件，方便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析.試驗(yàn)結(jié)果表明：所開(kāi)發(fā)的上位機(jī)軟件具有良好的穩(wěn)定性、完善的功能性和便捷的人機(jī)接口等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種傳感數(shù)據(jù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的有效組織與管理。3.1。1上位機(jī)總體概述上位機(jī)監(jiān)控軟件由數(shù)據(jù)接收,數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)管理三個(gè)部分組成,并形成了前臺(tái)信息展示、后臺(tái)數(shù)據(jù)管理兩大模塊,同時(shí)每個(gè)模塊即為一個(gè)單獨(dú)的線程，確保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)健壯性；每個(gè)模塊完成相應(yīng)功能，相互

12、聯(lián)系。數(shù)據(jù)處理部分為上位機(jī)核心部分，負(fù)責(zé)全部的可視化操作.上位機(jī)軟件總體功能,如圖31所示。圖31 系統(tǒng)整體框圖3。1.3功能模塊上位機(jī)軟件由賬戶設(shè)置、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)數(shù)查詢,和設(shè)備管理功能模塊組成四大功能模塊.（1） 賬戶管理 賬戶管理是為用戶提供的一個(gè)方便快捷的管理界面，包括基本功能用戶名更改，登入密碼更改，綁定QQ、郵箱等，其中最為重要的是API KEY生成功能，API KEY是該上位機(jī)平臺(tái)識(shí)別底層設(shè)備的一個(gè)序號(hào)，通過(guò)該序號(hào)即可準(zhǔn)確的識(shí)別室內(nèi)不同房間，如臥室、廚房、客廳、衛(wèi)生間等分布在不同地方的傳感器.如圖32所示為賬戶管理界面。圖3-2 賬戶管理界面（2） 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯

13、示界面主要功能是顯示當(dāng)前時(shí)刻節(jié)點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù),通過(guò)該數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)查詢室內(nèi)甲醛濃度，方便快捷如圖33所示。圖33 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示頁(yè)面（3）歷史數(shù)據(jù)數(shù)查詢通過(guò)歷史記錄功能,用戶可以查詢前一個(gè)月內(nèi)節(jié)點(diǎn)發(fā)送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，方便對(duì)大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，如圖3-4所示。圖34 歷史數(shù)據(jù)數(shù)查詢（4）設(shè)備管理設(shè)備管理又由增加新設(shè)備和對(duì)已注冊(cè)設(shè)備進(jìn)行管理兩部分組成,用戶可以隨時(shí)在原有基礎(chǔ)上增加新增添的傳感器設(shè)備，并進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，方便對(duì)對(duì)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行管理，如圖35所示.圖3-5 新增設(shè)備 設(shè)備管理界面主要功能就是對(duì)已加入設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)的描述,具體包括設(shè)備名稱、設(shè)備備注、標(biāo)簽、所在位置、經(jīng)度緯度等,通過(guò)設(shè)備管理界面

14、，用戶可以清楚地知道自己所布置的傳感器設(shè)備的所有信息，如圖36所示。圖3-6 設(shè)備管理界面數(shù)據(jù)保存采用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù),MySQL是最流行的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，它是一種關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫(kù)將數(shù)據(jù)保存在不同的表中,而不是將所有數(shù)據(jù)放在一個(gè)大倉(cāng)庫(kù)內(nèi),這樣就提高了速度并增加了靈活性。MySQL所使用的SQL語(yǔ)言是用于訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)的最常用標(biāo)準(zhǔn)化語(yǔ)言。上位機(jī)軟件系統(tǒng)通過(guò)PHP技術(shù)針對(duì)網(wǎng)絡(luò)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,導(dǎo)出存儲(chǔ)在MySQL的數(shù)據(jù)并進(jìn)行整合生成動(dòng)態(tài)的曲線圖，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)連接則顯得尤為重要.網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理技術(shù)主要任務(wù)是數(shù)據(jù)的接收,數(shù)據(jù)的解析。通過(guò)網(wǎng)關(guān)上傳到服務(wù)器，存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中，利用數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)，生

15、成相應(yīng)的折線圖，將節(jié)點(diǎn)開(kāi)始監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)到當(dāng)前監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，使用戶能實(shí)時(shí)觀察到室內(nèi)環(huán)境甲醛濃度信息,從而減少人工觀測(cè)的復(fù)雜性和不確定性,如圖3-7所示。圖37 環(huán)境甲醛濃度數(shù)據(jù)折線圖3.2 小結(jié)本章主要介紹了上位機(jī)系統(tǒng)和WEB服務(wù)器的設(shè)計(jì)。軟件作為無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不可缺少的一部分，其設(shè)計(jì)也關(guān)系到整體系統(tǒng)的可行性.一般軟件設(shè)計(jì)分模塊設(shè)計(jì)，而且編寫(xiě)程序前繪制程序流程圖，程序流程圖相當(dāng)于邏輯功能的設(shè)計(jì),根據(jù)流程圖編寫(xiě)程序，思路清晰、減小軟件開(kāi)發(fā)的周期。而WEB服務(wù)器的使用擴(kuò)大了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，增加了用戶數(shù)量，支持任何入網(wǎng)終端訪問(wèn)，提高了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用價(jià)值.第四章 網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)收發(fā)軟件設(shè)計(jì)網(wǎng)關(guān)是

16、實(shí)現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)相互連接的關(guān)鍵器件。網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)主要包含三個(gè)部分：主處理程序，協(xié)調(diào)器驅(qū)動(dòng)程序，GPRS模塊驅(qū)動(dòng)程序.軟件的邏輯正確性,穩(wěn)定性是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵。4。1硬件系統(tǒng)4。1。1 SIM900A 開(kāi)發(fā)板網(wǎng)關(guān)采用了重慶DQ電子的SIM900A開(kāi)發(fā)板，此開(kāi)發(fā)板主要功能偏重于SIM900A通信模塊的使用,同時(shí)具有2。4G 模塊接口等，對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)發(fā)提供了很大的便利條件。開(kāi)發(fā)板上使用的SIM900A模塊是由SIMCOM公司制造的雙頻GSM功能模塊，該模塊設(shè)計(jì)相對(duì)成熟,市場(chǎng)使用率高，性能穩(wěn)定可靠，其雙頻段適合在國(guó)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境使用。SIM900A的主要功能有：語(yǔ)音通話、短信收發(fā)、

17、GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)(可無(wú)線透?jìng)?。SIM900A 使用串口與外部控制設(shè)備相連接，使用標(biāo)準(zhǔn)和擴(kuò)展AT指令集來(lái)控制模塊,在使用上十分方便。SIM900A開(kāi)發(fā)板可以完成短信收發(fā)，無(wú)線上網(wǎng)，TCP/UDP協(xié)議收發(fā)數(shù)據(jù),SIM900A內(nèi)部協(xié)議采用打包方式收發(fā)數(shù)據(jù),進(jìn)行打電話與接電話功能,用戶不必了解SIM900A模塊的PCB板,只要熟悉模塊的 AT 指令系統(tǒng)，即可進(jìn)行相應(yīng)的應(yīng)用開(kāi)發(fā),以縮短用戶的研發(fā)周期。作為一個(gè)終端產(chǎn)品它內(nèi)置了無(wú)線GSM/GPRS 通信模塊,集成了標(biāo)準(zhǔn)的RS232接口以及 SIM 卡 ,電源可以用512 V DC 也可以用 USB 取電 ,可以用 AT 命令通過(guò)串口對(duì)它進(jìn)行設(shè)置。這使

18、它在聲音和數(shù)據(jù)通訊上成為一個(gè)通用的GSM/GPRS 三頻終端產(chǎn)品。SIM900A功能模塊現(xiàn)在應(yīng)用非常廣泛,像在物流追蹤、實(shí)時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互等諸多無(wú)線通訊領(lǐng)域都非常適用。4。1.2 協(xié)調(diào)器ZigBee協(xié)調(diào)器采用的是我們自主設(shè)計(jì)的底板.協(xié)調(diào)器通過(guò)串口與SIM900A相連，配對(duì)串口波特率實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。協(xié)調(diào)器在ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中起組建網(wǎng)絡(luò)，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)管理的作用,協(xié)調(diào)器如圖41所示。 圖41 協(xié)調(diào)器硬件圖協(xié)調(diào)器射頻模塊核心處理芯片是CC2530，CC2530是用于2。4GHz IEEE 802.15。4、ZigBee和RF4CE應(yīng)用的一個(gè)真正的片上系統(tǒng)（Soc)解決方案.它能夠以非常低的材料

19、成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn).CC2530 結(jié)合了領(lǐng)先的RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051 CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8KB RAM 和許多其它強(qiáng)大的功能。CC2530 有四種不同的閃存版本：CC2530F32/64/128/256，分別具有32/64/128/256KB 的閃存。CC2530 具有不同的運(yùn)行模式，使得它尤其適應(yīng)超低功耗要求的系統(tǒng)。運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換時(shí)間短進(jìn)一步確保了低能源消耗14。4。2 軟件系統(tǒng)4.2。1 GPRS模塊程序設(shè)計(jì)GPRS模塊在無(wú)線網(wǎng)關(guān)設(shè)計(jì)中起到了至關(guān)重要的作用,利用SIM900A模塊內(nèi)置的TCP/IP協(xié)議，設(shè)計(jì)了TCP的客戶端，系統(tǒng)啟動(dòng)即綁定上位機(jī)客戶

20、端.GPRS模塊程序流程圖如圖42所示。圖42 GPRS程序控制流程圖按照上圖發(fā)送的命令順序，在每條命令收到確認(rèn)信息后接著發(fā)送下一條指令,需要注意的是最后在輸入發(fā)送數(shù)據(jù)之前收到的是“”字符,而不是OK字樣。根據(jù)SIM900A自帶的指令完成網(wǎng)絡(luò)(TCP）數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。發(fā)送的命令格式和順序?yàn)?（1) AT+CIPCSGP=1，”cmnet”CMNET是China Mobile Net的縮寫(xiě)，它是中國(guó)移動(dòng)GPRS網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)的名稱（Access Point Name，縮寫(xiě)APN)，通過(guò)CMNET可以獲得完全的Internet訪問(wèn)權(quán),并且提供NAT服務(wù).CMNET、CMWAP都是手機(jī)上網(wǎng)使用的接入點(diǎn)的名

21、稱。通過(guò)CMNET可以獲得完全的Internet訪問(wèn)權(quán)，通過(guò)CMWAP只能訪問(wèn)WAP網(wǎng)站，不過(guò)CMWAP使用HTTP代理協(xié)議和WAP網(wǎng)關(guān)協(xié)議可以訪問(wèn)到Internet,而CMNET則適用于所有協(xié)議,它也是標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP協(xié)議15。（2） AT+CLPORT=”TCP”,"3028”/端口號(hào)可以隨便設(shè)置 （3) AT+CSTT /開(kāi)始工作(4） AT+CIICR /激活GPRS連接(5） AT+CIFSR /查看夢(mèng)網(wǎng)分配的內(nèi)網(wǎng)IP（6） AT+CIPSTART=”TCP”，"222。73。22。204”，"8080” /連接遠(yuǎn)端接收端其中222。73。22.204

22、為上位機(jī)的公網(wǎng)IP地址，8080為連接所用端口號(hào)。（其中上位機(jī)的IP地址必須是外網(wǎng)IP才能接收SIM900A發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，外網(wǎng)IP可以通過(guò)手機(jī)USB上網(wǎng)獲得；若是內(nèi)網(wǎng),則還需要設(shè)置路由轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則沒(méi)有試驗(yàn)過(guò)）CONNECT OK /連接成功返回connect OK字樣。（7） AT+CIPSEND /啟動(dòng)發(fā)送 Hello every one!（待發(fā)送內(nèi)容）0x1a(發(fā)送內(nèi)容必須是0x1a結(jié)尾）,返回SEND OK /發(fā)送成功senddata（QByteArray）為發(fā)送函數(shù)，具體實(shí)現(xiàn)SIM900A控制與數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。void Widget：senddata（QByteArray datastr）In

23、itsenddata();/發(fā)送AT+CIPSEND之前的命令SendCMD(_CIPSEND);/發(fā)送AT+CIPSENDSIM900Awrite（datastr）；char ch1；ch0=0x1a；SIM900Awrite（ch，1）; /發(fā)送回車/SIM900A->write(0x1a);4。2。3ZigBee協(xié)調(diào)器程序設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)器在ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中起著組建網(wǎng)絡(luò)，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)管理的作用，是底層節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)的控制中心和上傳數(shù)據(jù)的紐帶。ZigBee協(xié)調(diào)器程序流程圖如圖4-3所示.圖43 ZigBee協(xié)調(diào)器程序流程圖4.3小結(jié)本章主要介紹了網(wǎng)關(guān)的設(shè)計(jì)。由于硬件都是采用已有的開(kāi)

24、發(fā)板和模塊,所以網(wǎng)關(guān)的工作重點(diǎn)就體現(xiàn)在軟件設(shè)計(jì)。編程主要是對(duì)CC2530進(jìn)行應(yīng)用編程，網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的連接，完成數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā),經(jīng)試驗(yàn)表明滿足無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的要求.第五章 底層ZigBee節(jié)點(diǎn)軟硬件設(shè)計(jì)5。1硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)主要對(duì)ZigBee節(jié)點(diǎn)底板的設(shè)計(jì)過(guò)程以及所采用的各個(gè)傳感器進(jìn)行詳細(xì)的介紹.5。1。1 ZigBee節(jié)點(diǎn)底板電路設(shè)計(jì)ZigBee節(jié)點(diǎn)底板電路主要包含的電路模塊有電源電路，復(fù)位電路，擴(kuò)展口電路,射頻模塊接口，指示燈電路。電路設(shè)計(jì)原理圖如圖51所示.圖51 ZigBee節(jié)點(diǎn)底板電路設(shè)計(jì)原理圖電源電路主要是為了給CC2530射頻板提供3。3V的電源，以及給傳感器提供5V的穩(wěn)

25、定電源。其中使用了MCP17005.0和MCP17003.3穩(wěn)壓芯片，分別用來(lái)提供5伏和3。3伏的電源16。擴(kuò)展接口電路是將CC2530芯片的一些引腳擴(kuò)展出來(lái)，用來(lái)接傳感器或者NMOS控制模塊.這里擴(kuò)展的引腳有P0。0,P0。1,P1。0,P1。1,P1。2五個(gè)引腳。指示燈電路有兩個(gè)指示燈，其亮滅皆可由程序控制。其中一個(gè)LED燈用來(lái)指示電源，另一個(gè)用來(lái)指示數(shù)據(jù)的發(fā)送。ZigBee節(jié)點(diǎn)底板電路PCB如圖5-2所示。圖52 ZigBee節(jié)點(diǎn)底板電路PCB5。1。2 甲醛檢測(cè)傳感器MS1100-P111 MS1100P111傳感器模塊選用MS1100為核心傳感器探頭，MS1100是一款原裝進(jìn)口的半導(dǎo)

26、體式VOC 氣體傳感器,具有極高的靈敏度和穩(wěn)定性,能夠偵測(cè)0。1ppm 以上的氣體,適用于檢測(cè)空氣中的甲醛、苯、二甲苯等多種有機(jī)揮發(fā)成分，同時(shí)具有體積小巧、價(jià)格便宜、響應(yīng)速度，改傳感器廣泛應(yīng)用于通風(fēng)機(jī),空氣過(guò)濾器、風(fēng)帽、排風(fēng)罩以及小家電等各種需要進(jìn)行空氣治理的電器設(shè)備上,能夠很好的幫助提高室內(nèi)生活環(huán)境質(zhì)量.圖5-3甲醛監(jiān)測(cè)傳感器5。2軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)主要是對(duì)ZigBee節(jié)點(diǎn)的程序設(shè)計(jì).軟件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)基于“魚(yú)菜共生”的微裝置及監(jiān)控可溯源系統(tǒng)的重要組成部分。整個(gè)系統(tǒng)的軟件開(kāi)發(fā)是建立在TI公司ZStack的基礎(chǔ)上進(jìn)行的17。ZigBee節(jié)點(diǎn)需要實(shí)現(xiàn)傳感數(shù)據(jù)的采集與上傳，另一方面還接受各傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)來(lái)

27、的數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)調(diào)器。該部分軟件主要包括設(shè)備初始化、節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)和處理等程序。節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)通信功能比較簡(jiǎn)單.程序流程圖如圖54所示.圖5-4 ZigBee節(jié)點(diǎn)的程序流程圖5。3小結(jié)本章主要講解了底層ZigBee節(jié)點(diǎn)軟硬件設(shè)計(jì)。底層ZigBee網(wǎng)絡(luò)是整個(gè)系統(tǒng)中最為重要的一部分，系統(tǒng)所有工作都必須基于底層ZigBee網(wǎng)絡(luò)，是系統(tǒng)所有工作的源頭。ZigBee傳感器節(jié)點(diǎn)監(jiān)視一定范圍內(nèi)的環(huán)境，接收信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和通信.經(jīng)測(cè)試ZigBee節(jié)點(diǎn)能夠與協(xié)調(diào)器相連組網(wǎng).節(jié)點(diǎn)能夠正常采集傳感數(shù)據(jù)并上傳。24第六章 測(cè)試和結(jié)果分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)包括網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計(jì)和上位機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試分析，其中系統(tǒng)的調(diào)試分析

28、難度最大，耗時(shí)最多，也是最關(guān)鍵的一步。前幾章分別介紹了上位機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計(jì)以及底層ZigBee網(wǎng)絡(luò)，本章將簡(jiǎn)要介紹本系統(tǒng)的調(diào)試和結(jié)果分析。6。1測(cè)試目的與方案6。1。1 試驗(yàn)?zāi)康模?）測(cè)試上位機(jī)軟件的穩(wěn)定性；（2）測(cè)試上位機(jī)軟件功能；（3）測(cè)試WEB網(wǎng)頁(yè)的功能;（4)測(cè)試網(wǎng)關(guān)功能;（5）測(cè)試底層ZigBee網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集功能。6。1。2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)目前，本作品在實(shí)際室內(nèi)環(huán)境來(lái)監(jiān)測(cè)本套系統(tǒng)性能。描述如下：在室內(nèi)環(huán)境里部署4個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，一個(gè)網(wǎng)關(guān)，以及相應(yīng)的控制器件。傳感器節(jié)點(diǎn)分別對(duì)室內(nèi)客廳、廚房、臥室以及衛(wèi)生間進(jìn)行實(shí)時(shí)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)，傳感器節(jié)點(diǎn)以無(wú)線方式構(gòu)成感知網(wǎng)絡(luò)（WSN）。網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn) WSN

29、 與 Internet/GSM之間的透明互聯(lián)。各種傳感數(shù)據(jù)經(jīng)協(xié)調(diào)器傳送至網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)進(jìn)行處理后傳送給Internet/GSM，再經(jīng) Internet/GSM傳送到用戶的任務(wù)管理節(jié)點(diǎn)（即上位機(jī)).6.2 上位機(jī)軟件測(cè)試打開(kāi)上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件。首先彈出的是軟件的登錄界面，上位機(jī)監(jiān)控軟件必須得是用戶才能進(jìn)入。用戶登入后，即可查詢相關(guān)數(shù)據(jù)，其顯示界面如圖61所示。圖61數(shù)據(jù)顯示通過(guò)串口調(diào)試助手模擬節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送如圖62所示。圖62 串口顯示界面經(jīng)過(guò)上述測(cè)試，上位機(jī)軟件各項(xiàng)功能滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求。6。3 網(wǎng)關(guān)測(cè)試網(wǎng)關(guān)核心業(yè)務(wù)將收集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)發(fā),具有實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性.根據(jù)網(wǎng)關(guān)的功能設(shè)計(jì)了程序測(cè)試部分，即在沒(méi)有連接底層網(wǎng)絡(luò)的情況下,通過(guò)定時(shí)器每過(guò)一秒向網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手固定發(fā)送一組特定的測(cè)試數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)試，網(wǎng)關(guān)與網(wǎng)絡(luò)調(diào)試助手通信良好，滿足無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性,如圖63所示。圖63 網(wǎng)關(guān)能正常實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)關(guān)上層通信無(wú)故障，則連接無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集數(shù)據(jù)按照定義好的數(shù)據(jù)幀格式傳輸,定時(shí)上傳采集的數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)測(cè)試，網(wǎng)關(guān)與無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)連接穩(wěn)定,數(shù)據(jù)