基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境溫度濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

1、基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境溫度濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)董蘊(yùn)華,石新峰(河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校電子通信工程系,河南新鄉(xiāng)453002摘要:針對(duì)目前所使用的有線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的缺點(diǎn),提出了一套基于Zig Bee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)溫度濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的技術(shù)要求,設(shè)計(jì)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和硬件電路,并給出了軟件流程。該系統(tǒng)采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)通信,具有方便和安全的特點(diǎn),解決了有線通信方式所存在的難以擴(kuò)展、難以升級(jí)等問(wèn)題,將有非常廣闊的應(yīng)用推廣前景。關(guān)鍵詞:農(nóng)業(yè);監(jiān)測(cè)系統(tǒng);無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中圖分類號(hào):S126;TP274.5文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1003-188X(200907-0153-030引言環(huán)境溫度、濕度等

2、參數(shù)在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中是一種十分重要的數(shù)據(jù),特別是在糧庫(kù)、溫室、大棚等環(huán)境中溫度、濕度的測(cè)量和控制更為重要。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的基于有線通信系統(tǒng)的溫度、濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)需要花費(fèi)大量的人力物力鋪設(shè)線路,施工量大,安裝時(shí)間長(zhǎng),因此基于無(wú)線傳輸技術(shù)的環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)勢(shì)在必行。本文介紹了一種基于Zig Bee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境溫度濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng),可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)糧庫(kù)或其它對(duì)環(huán)境參數(shù)要求嚴(yán)格的場(chǎng)所,管理者可以在控制室隨時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)的信息。當(dāng)參數(shù)超過(guò)設(shè)定值時(shí)立即進(jìn)行聲光報(bào)警,并在監(jiān)控主機(jī)上顯示發(fā)生異常情況的地點(diǎn),工作人員可以馬上采取措施,從而使糧庫(kù)、溫室等管理實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化。1Zig Bee技術(shù)收稿

3、日期:2008-10-30作者簡(jiǎn)介:董蘊(yùn)華(1975-,女,河北高陽(yáng)人,講師,碩士,(E-mail dongyh8653。低功耗、低速率的特點(diǎn),因而最適合作為傳感器網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)。Zig Bee網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備分為FF D(全功能設(shè)備和RF D(簡(jiǎn)化功能設(shè)備兩種。其中,FF D設(shè)備也可作為協(xié)調(diào)器使用。FF D是具有路由與中繼功能的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn),可以與RF D節(jié)點(diǎn)通信,也可以與別的FF D節(jié)點(diǎn)通信;RF D節(jié)點(diǎn)作為網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn),相互間不能直接通信,只能通過(guò)FF D節(jié)點(diǎn)發(fā)送和接收信息,不具有路由和中繼功能。RF D和FF D的硬件結(jié)構(gòu)完全相同,只是網(wǎng)絡(luò)層不一樣,協(xié)調(diào)器是網(wǎng)絡(luò)組織者,負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)組建和信息路由。2系

4、統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Zig Bee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量的微型Zig Bee傳感器節(jié)點(diǎn)(即Zig Bee RF D節(jié)點(diǎn)、Zig Bee FF D節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器組成,通過(guò)無(wú)線通信方式形成的一個(gè)多跳的自組織的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示1 。圖1溫度濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器安裝在中央監(jiān)控室,負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)和管理網(wǎng)絡(luò),并顯示當(dāng)前整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的狀況,把收到的數(shù)據(jù)發(fā)送到計(jì)算機(jī)中。RF D安裝在需要監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的位置,負(fù)責(zé)采集溫度濕度值,然后定期或有中斷時(shí)把數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器。監(jiān)控人員在控制室通過(guò)顯示器就可以對(duì)環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè),無(wú)須到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)。為了保證整個(gè)系統(tǒng)的可靠性,發(fā)射端一部

5、分是RF D節(jié)點(diǎn),一部分是具有路由和中繼功能的FF D節(jié)點(diǎn)。傳感器的數(shù)據(jù)在Zig Bee RF D或FF D模塊中轉(zhuǎn)化為Zig Bee通信協(xié)議包,傳給就近的FF D模塊,以多跳通信的方式把數(shù)據(jù)包傳給Zig Bee協(xié)調(diào)器。Zig Bee協(xié)調(diào)器收到數(shù)據(jù)包后,一方面按原路徑返回收到確認(rèn)信息,以到達(dá)發(fā)送數(shù)據(jù)的RF D或FF D模塊,實(shí)現(xiàn)握手信號(hào),完成一次完整的Zig Bee無(wú)線通信;另一方面,Zig2 Bee協(xié)調(diào)器收到的數(shù)據(jù)供顯示與管理。2.2信號(hào)采集電路溫度傳感器采用DALLAS公司推出的一線式數(shù)字溫度傳感器DS18B20,該芯片的管腳簡(jiǎn)單,無(wú)需任何外圍硬件即可方便地進(jìn)行溫度測(cè)量,與單片機(jī)交換信息僅

6、需要一根I/0口線,多個(gè)DS18B20可以并聯(lián)到3根或2根線上,CP U只需1根端口線就能與諸多DS18B20通信,占用微處理器的端口較少,可以節(jié)省大量的引線和邏輯電路。溫度測(cè)量范圍為-55 125,可編程為9l2位A/D轉(zhuǎn)換精度,被測(cè)溫度用符號(hào)擴(kuò)展的l6位數(shù)字量方式串行輸出。因?yàn)镈S18B20溫度傳感器芯片尺寸較小,可直接和電纜焊接在一起,外部用熱縮管緊固套牢組成測(cè)溫電纜,電纜的外部套上防鼠咬的套管。監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)需要測(cè)溫的地方,直接把電纜布線到測(cè)溫點(diǎn)即可2。濕度傳感器采用HS1101電容式傳感器。HS1101電容式傳感器將電容的變化量準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)換為單片機(jī)易于接受的信號(hào),可以將濕敏電容置于振蕩電路中

7、,組成多諧振蕩電路,將電容值的變化轉(zhuǎn)為與其呈反比的電壓頻率信號(hào),可以直接被單片機(jī)計(jì)數(shù)器所采集3。這樣電路就可以方便地與單片機(jī)相連接,輸出信號(hào)為頻率型,靈敏度高、線性度好,具有優(yōu)良的重復(fù)性、分辨率和穩(wěn)定性。為了提高系統(tǒng)的靈敏度和線性度,從降低采集電路的成本等因素進(jìn)行考慮,采用脈沖振蕩電路設(shè)計(jì)濕度采集電路。2.3數(shù)據(jù)傳輸單元數(shù)據(jù)傳輸單元中,無(wú)線傳輸控制器選用M icr ochi p 公司生產(chǎn)的具有SP I接口低功耗P I C18F4620芯片,射頻芯片選用Chi pcon公司生產(chǎn)的滿足 2.4GHz Zig Bee 產(chǎn)品使用要求的CC2420,這兩個(gè)芯片是本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最為關(guān)鍵的兩個(gè)部件。P I C

8、18F4620微控制器具有豐富的片上存儲(chǔ)功能,具有64k B Flash和3968字節(jié)RAM的存儲(chǔ)空間,而且該微控制器具有多種省電模式供選擇。該芯片具有13個(gè)10位A/D轉(zhuǎn)換器、多個(gè)I/O數(shù)據(jù)線,可以很容易用軟件對(duì)其進(jìn)行編程和仿真,這些接口同時(shí)還可以用作與傳感單元的接口。 。圖2數(shù)據(jù)傳輸控制圖3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)3.1監(jiān)控中心軟件設(shè)計(jì)監(jiān)控中心軟件作為全功能系統(tǒng),負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)和人機(jī)對(duì)話。監(jiān)控系統(tǒng)的使用最終是要面對(duì)用戶的,因此監(jiān)控軟件的開(kāi)發(fā)將決定系統(tǒng)能否方便高效運(yùn)行。由于W indows操作系統(tǒng)的普遍流行并且操作方便,所以本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示及處理使用W indows操作系統(tǒng)及V isual Basic開(kāi)發(fā)

9、平臺(tái)。VB支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì),具有結(jié)構(gòu)化的事件驅(qū)動(dòng)編程模式,而且可以十分簡(jiǎn)便地做出良好的人機(jī)界面。監(jiān)控中心軟件設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)自檢、用戶管理、數(shù)據(jù)讀取顯示、報(bào)警參數(shù)設(shè)置、歷史數(shù)據(jù)分析等模塊,其結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖3.2監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)軟件設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)軟件作為簡(jiǎn)單功能系統(tǒng),等待主機(jī)命令,傳輸本機(jī)點(diǎn)數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖,如圖4所示。其中,最關(guān)鍵的部分是對(duì)數(shù)據(jù)的采集判斷:如果數(shù)據(jù)沒(méi)有異常則發(fā)送正常信息;如果有1個(gè)數(shù)據(jù)超標(biāo),則發(fā)出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào);同時(shí),也可以監(jiān)測(cè)信息變化的過(guò)程,實(shí)時(shí)地傳輸采集的數(shù)據(jù),這些都可以由控制中心的具體指令控制。4結(jié)束語(yǔ)Zig Bee是一種新興的短距離、低成本和

10、低功耗的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù),將其應(yīng)用于糧庫(kù)、溫室等環(huán)境溫度濕度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,具有組網(wǎng)簡(jiǎn)單、系統(tǒng)花費(fèi)少、擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)容易、通訊穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn),在實(shí)際中有很好的應(yīng)用價(jià)值 。圖4監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送流程圖參考文獻(xiàn):1魯照權(quán),黃梅初,杜征,等.基于Zig Bee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的大棚種植溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)J.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,36(13:5682-5684.2葉岑明,姚伯威.糧庫(kù)多點(diǎn)溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)J.中國(guó)測(cè)試技術(shù),2005(5:63-64.3賈少銳,李曉東,趙欣.智能溫室中多參數(shù)無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)J.農(nóng)機(jī)化研究,2008(5:99-101.Te mperature and Hu m i dity M on itor i

11、n g Syste m Based onW i reless Sensor NetworkDong Yunhua,Shi Xinfeng(Electr onic Communicati ons Engineering Depart m ent,Henan Mechanical and Electrical Engineering College,Xinxiang 453002,ChinaAbstract:A i m ed at the shortcom ing of current te mperature and hum idity monit oring syste m based on

12、wire communica2 ti on,this article has analyzed a te mperature and hu m idity monit oring syste m based on Zig Bee wireless sens or net w ork.It has designed the hard ware and s oft w are structure according t o the technical requir ment of monit oring syste m.The infor ma2 ti on communicati on by wireless data trans m i