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基于ZigBee的环境监测系统设计文章介绍了ZigBee技术的特点及在环境监测中的应用，提出并设计了一种基于Zigbee技术的环境监测系统，详细介绍了该系统的软件和硬件设计方案。
希望能够通过文章的介绍与分析，能够给相关工作人员带来一定启示，仅供参考。
标签：ZigBee；PM2.5；环境监测引言当前经济的迅速发展及工业化的迅速推进带来了工业废气和温室气体排放量的急剧增加，导致环境的进一步恶化和全球温度上升，尤其是我国北方进入冬季供暖期后，部分地区雾霾严重，较差的空气质量影响了人们的生活、工作，不利于社会的可持续发展。
人们迫切需要对大气环境开展监测和预报，以便合理的安排工作和出行，采取更广泛、有效的措施控制污染。
因此，建立大气环境的监测系统至关重要。
随着嵌入式技术及传感器技术的进步，无线传感器网络已经深入到人类生活的各个方面。
Zigbee技术作为短距离无线通信技术的代表之一，具有低功耗、短时延、组网灵活、自愈力强等诸多特点，可以广泛应用于低速无线传感网络中。
基于上述原因，文章提出了无线传感网络大气环境监测系统的设计方案。
本方案在特定区域中建立ZigBee无线网络，通过终端节点采集温度、湿度，PM2.5和有毒有害气体等数据信息，并将传感器信息由协调器传给嵌入式网关，网关处理后，将直观的信息显示在QT界面、PC机串口，并以信息的形式发动到手机终端，同时实现与外部Internet网络的通信。
1 硬件电路设计及应用1.1 系统总体结构设计该系统主要分为三大模块：无线通信采集模块、网关节点模块和信息传输模块，无线通信采集模块主要实现大气监测区域的无线网络的组建、传感器采集节点的控制和数据信息在网络间的传送，其中传感器采集节点用来采集二氧化碳、一氧化碳、PM2.5、温度、湿度等大气环境信息，系统使用基于ZigBee协议的CC2530芯片进行传感器节点控制。
网关节点模块主要实现无线传感器网络采集来的信息处理，主要功能体现在两个方面：（1）采集信息再通过GPRS模块进行转发时的协议数据帧的转换；（2）网络服务器的搭建。
基于 ZigBee技术的室内环境监测系统设计摘要：基于ZigBee技术的室内环境监测系统设计。
它有三大部分组成，所有的数据的传输都在ZigBee搭建的无线传感网络工作。
ZigBee模块A用来发送数据，ZigBee模块B用来接受数据，上位机用来显示数据。
温湿度传感器和stm32单片机用来采集数据发送给ZigBee模块A。
同时用IAR软件编写和编译ZigBee的程序，保证数据的传输。
应用于对信息传递的大小的要求很低，对功耗的需求也比较低的场合。
关键词：Zigbee技术；环境监测；无线传感器引言：随着科技的发展、社会的进步，当今对无线技术需求日益增长，从而孕育出了无线传感网络(Wireless Sensor Network，简称WSN)。
无线通信技术WiFi、蓝牙已经被人们熟知，由于他们的功耗大、组网麻烦等原因，很难应用在工业自动化中。
为了满足市场的需求，ZigBee就这样诞生了。
它有成本低、组网方便、安全性高等优点。
应用ZigBee技术可以制造一种低成本、低功耗的检测仪器。
1主要功能本设计以STM32单片机作为核心控制元件，ZigBee无线模块作为通信模块，以及DHT11温湿度传感器设计的一款无线传输的温湿度检测仪，其中温湿度传感器DHT11和stm32单片机用来采集数据发送给ZigBee模块A，然后在ZigBee组网内，ZigBee模块A用来发送数据，ZigBee模块B用来接收数据，最后上位机用来显示数据。
2工作原理本设计采用STM32单片机作为核心控制元件，使用两块ZigBee无线模块作为通讯模块，首先使接收电路正常供电，进入接收数据状态，等待数据的到来，接着单片机上的程序运行，将单片机上事先存放的数据由ZigBee模块A发射出去，如若发射模块和接收模块在可接受范围内，无线ZigBee B模块接收到信号，在上位机实时显示温湿度数据。
3硬件设计本设计的方案是把温湿度传感器采集的数据通过单片机stm32发送给ZigBee模块A，再运用ZigBee无线通讯协议把数据传输给ZigBee模块B，最后通过串口把数据在上位机上显示出来。
基于zigbee的课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生了解并掌握Zigbee无线通信技术的基本原理和应用场景。
2. 使学生了解Zigbee协议栈的架构和关键参数配置。
3. 帮助学生掌握基于Zigbee的传感器网络节点的设计与实现。
技能目标：1. 培养学生运用Zigbee模块进行无线数据传输的能力。
2. 培养学生设计和搭建基于Zigbee的传感器网络系统的实际操作能力。
3. 提高学生分析并解决Zigbee通信过程中问题的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对物联网技术的兴趣和热爱，激发学生探索新技术的好奇心。
2. 培养学生的团队合作意识，提高学生在团队项目中的沟通与协作能力。
3. 引导学生关注无线通信技术在日常生活中的应用，认识到科技对社会发展的积极作用。
课程性质：本课程为实践性较强的学科课程，结合当前物联网技术的发展趋势，以Zigbee技术为核心，培养学生的实际操作能力和创新意识。
学生特点：学生具备一定的电子技术基础和编程能力，对新兴技术充满好奇，喜欢动手实践。
教学要求：注重理论与实践相结合，强调学生在实际操作中发现问题、解决问题，提高学生的动手能力和技术应用能力。
通过课程学习，使学生能够达到课程目标所设定的具体学习成果。
二、教学内容1. Zigbee技术概述：介绍Zigbee技术的起源、发展历程、主要特点和应用领域，使学生建立对Zigbee技术的基本认识。
教材章节：第一章《无线传感网络概述》2. Zigbee协议栈：讲解Zigbee协议栈的架构、关键层及其功能，分析Zigbee协议参数配置方法。
教材章节：第二章《Zigbee协议栈》3. Zigbee硬件设计：介绍Zigbee模块硬件设计方法，包括传感器接口设计、电源管理、天线设计等。
教材章节：第三章《Zigbee硬件设计》4. Zigbee软件开发：讲解Zigbee软件开发流程，分析Zigbee协议栈编程方法，介绍常见的编程工具和调试技巧。
无线互联科技Wireless Internet Technology 第13期2019年7月No. 13July, 2019基TZigBee 无线传感器网络的环境质量监测系统设计马爱霞，徐音（郑州工商学院工学院，河南郑州 450014）摘 要：以CC2530模块为核心构建无线传感网络，将采集的粉尘、温湿度、光照等环境数据传输至远程监测中心，通过上位 机软件读取与储存环境数据，实现环境参数远程监测。
文章根据系统的方案，设计其硬件电路功能，并设计了终端传感器节 点、中间协调器节点以及监控中心的软件流程。
关键词：温湿度；光照；ZigBee ；无线传感网络随着人们生活水平的日益提高及科技技术的进步，环境 问题越来越受到重视，人们日常关注空气质量如同每天关注 天气预报一样频繁。
传统的环境监测技术主要是通采用人 工的方式，使用测量温湿度等指数的仪器检测环境质量参 数，人力、财力得到大量的消耗，并且在一些环境比较恶劣 的区域，使用人工方式很难实时监测，以上弊端都是传统监 测方法存在的。
随着互联网技术和无线传输技术的发展，这 些技术慢慢被投入到环境监测系统中来。
环境检测技术主 要运用的3种技术：传感器技术、通信技术、计算机技术。
传 感器完成检测信息的采集，通信技术完成信息传输,计算机 技术实现数据的处理。
无线传感器网络是由许多微小传感器节点构成的，微小 传感器负责系统数据的采集，各节点之间进行通信。
微小传 感器以多跳无线通信方式构成自组织的网络系统。
因其具有 可靠、灵活、准确等优点，同时，部件造价低廉、部署和维护 简单，近年来普及应用得非常快。
现在在智能家居、环境监 测、智能交通等领域得到了广泛应用。
1系统总体方案的设计本文是基于ZigBee 无线传感器技术的环境数据釆集和 控制系统"。
该系统由监测点、中心控制节点、通用分组无线 服务（General Packet Radio Service, GPRS ）网络和上位机 监控中心组成。
基于ZigBee技术的环境监测系统设计作者：王志雷秦玉龙张沈兵邢晓丽来源：《物联网技术》2013年第12期摘要：以CC2530和zstack协议栈为平台，给出了基于ZigBee技术的温度、光照度无线传感器网络的设计方法，同时对协议栈的运行机制、组网过程及应用层的数据采集进行了分析与设计。
实验结果表明，该设计方法可行，各节点工作良好，能成功实现多跳网络的数据采集。
关键词： ZigBee协议栈；CC2530；无线传感器网络；环境监测中图分类号： TP311 文献标识码：A 文章编号：2095-1302（2013）12-0021-040 引言各行各业尤其是工农业生产、环境监测等领域，都对无线数字监测系统提出了极大的需求和更高的要求。
无线传感网的迅速发展并逐渐走向成熟，使得这一需求得到了较好的满足。
基于ZigBee技术的无线传感网具有自组织、低功耗、以数据为中心、抗毁性强和无需架设网络设施等优势，可以在外界环境十分恶劣的条件下，完成其他监测手段无法完成的任务，代表了数字监测的一个新的发展方向。
本文以TI公司的CC2530和zstack协议栈为平台，给出了基于ZigBee技术的温度及光照度无线传感器网络的设计方法。
1 系统总体设计本文设计的基于ZigBee技术的无线传感器网络由一个协调器节点、若干路由节点和众多传感节点组成，图1所示是其系统总体结构。
其中，传感节点负责对环境温度等数据的监测，然后通过路由节点以多跳方式将数据发送给协调器节点，协调器节点负责将数据上报给监测中心PC机。
2 节点硬件设计根据节点在系统中的应用不同，可分为传感节点、路由节点和协调器节点。
各节点的功能不尽相同，可分为数据采集、数据处理、无线通信、能量供应和串口通信等功能。
各功能模块采用模块化的方法设计，这样可以实现各模块的并行设计、调试，缩短开发周期，同时也便于后期更换和扩展传感器，从而方便后期维护或移植到其他监测领域。
2.1 ZigBee模块本设计中的各节点选用CC2530芯片作为ZigBee模块，实现数据处理及ZigBee无线通信功能。
基于ZigBee技术的无线温、湿度监测系统的设计与实现摘要：本文基于ZigBee技术，设计并实现了一种无线温、湿度监测系统。
该系统利用ZigBee无线通信技术，实现了温、湿度采集节点与上位机之间的数据传输。
通过对系统的设计与实现，验证了该系统在温、湿度监测方面的可行性和实用性。
1. 引言温度和湿度是影响人们生活和工作环境的重要参数。
传统的温、湿度监测系统通常需要使用大量的有线传感器，并且数据传输受到限制。
为了解决这些问题，本文基于ZigBee无线通信技术，设计了一种无线温、湿度监测系统。
2. 系统设计本系统由温、湿度采集节点和上位机组成。
温、湿度采集节点使用ZigBee无线传感器节点，通过温度和湿度传感器采集环境数据，并将数据通过ZigBee无线通信模块发送给上位机。
上位机通过ZigBee无线通信模块接收数据，并将数据显示在界面上。
3. 系统实现温、湿度采集节点采用ATmega128单片机作为主控制器，通过I2C总线连接温度和湿度传感器，实现对环境数据的采集。
同时，采集节点还集成了ZigBee无线通信模块，通过UART接口与主控制器进行通信。
上位机使用PC机作为主控制器，通过ZigBee无线通信模块接收温、湿度采集节点发送的数据。
上位机通过串口与ZigBee模块进行通信，并将接收到的数据显示在界面上。
用户可以实时监测温度和湿度的变化，并进行相应的调整。
4. 系统测试通过对系统的测试，验证了该系统的可行性和实用性。
实验结果表明，该系统能够准确地采集温、湿度数据，并且稳定性良好。
同时，系统的响应速度也较快，能够满足实时监测的需求。
5. 结论本文基于ZigBee技术，设计并实现了一种无线温、湿度监测系统。
该系统具有无线传输、实时监测和稳定性良好等特点，能够满足温、湿度监测的需求。
未来可以进一步优化该系统，提高传输速率和扩展监测范围，以满足更多应用场景的需求。
基于ZigBee技术的智能家居环境监测系统引言随着科技的不断发展，智能家居已经成为人们生活中的一部分。
智能家居系统通过使用无线传感器网络和网络通信技术，将家居设备连接起来，实现对家庭环境的自动化控制和远程监控。
其中，受到了广泛的关注和研究。
本文将详细介绍这一系统的基本原理、主要功能以及应用前景。
一、ZigBee技术的基本原理ZigBee技术是一种低功耗、低数据速率和短距离的无线通信技术，特别适用于智能家居环境监测系统。
它采用了IEEE 802.15.4标准的MAC和PHY层，支持多节点的网络拓扑结构，并且具有自组织和自动配置的特性。
ZigBee技术的特点之一是低功耗，在低频段下工作，能够延长传感器节点的电池寿命。
同时，它还能通过网络传输数据，使得智能家居环境监测系统能够实现远程控制和监测。
二、智能家居环境监测系统的主要功能1. 温湿度监测：智能家居环境监测系统通过安装温湿度传感器，实时监测室内的温度和湿度水平。
用户可以通过手机或其他设备随时了解家中的温湿度情况，根据实际需求调节室内的温度和湿度。
2. 空气质量监测：通过安装空气质量传感器，智能家居环境监测系统可以实时监测室内的空气质量状况，包括PM2.5浓度、有害气体含量等。
当空气质量低于安全标准时，系统会自动报警，提醒用户采取相应的措施。
3. 照明和窗帘控制：智能家居环境监测系统可以根据室内光线水平自动控制照明设备和窗帘。
当光线不足时，系统会自动打开照明设备和窗帘，提供舒适的光线环境。
4. 安全监控：智能家居环境监测系统还可以集成安全监控功能，通过安装摄像头和门窗传感器，实时监测家中的安全状况。
当有可疑人员或异常情况出现时，系统会立即向用户发送警报信息。
三、的应用前景具有广阔的应用前景。
首先，它可以提高家庭的舒适度和生活质量，实现自动化的环境控制。
用户可以通过手机等设备随时随地监测和控制家中的环境，使得居家生活更加便捷、舒适。
其次，它可以提高家庭的安全性。
基于无线传感网络的环境监测系统摘要：当今环境污染问题已经严重制约了全球经济的发展和人类的健康。
加强环境监测，建立环保系统意义重大。
基于 ZigBee 双向无线通讯技术的环境在线监测系统，系统 ZigBee 的通信模块选用的芯片型号为 CC2530，系统网关的通信模式选用 GPRS模式，并利用数据分析模型对采集的数据进行了在线实时处理．经测试，设计环境实时采集监测系统能够稳定运行，能够实时获取数据并通过系统的网管在系统的服务器端实时更新，实现环境参数的实时监视。
关键词：ZigBee；无线传感网络；传感器随着经济和科技的发展，农业种植也有了长足的发展，从之前的小面积种植演变为了如今的大规模，为了提高生产效率，减少劳动力，必须引进先进的技术配合人工劳作进行种植。
传统的环境监测系统布线成本高，抗干扰性差，增加新监测点时必须改变物理线路，工序复杂，维护难度大。
当今环境污染问题已经严重制约了全球经济的发展和人类的健康。
每年因环境问题造成全球的经济损失达数千亿美元，酸雨造成了大量植物的坏死、污水的排放造成了人员伤亡及海水负营养化、许多岛国因温室效应造成的海平面上涨而面临着消失的危险。
增强环保意识，保护环境势在必行。
一、无线传感网络的环境监测系统技术特点1、多传感器数据融合技术。
每个节点采集到两种数据，是某一段区域的数据。
因为传感器采集到的数据大部分是静态数据，对于环境感知而言，动态数据才是最重要的。
这就要求节点自身能对先前采集到的数据进行过滤筛选，分离出有用的数据再传输给相邻的网关节点。
主机进行决策需要融合传感器节点的数据。
2、数据发送模式。
每个节点都有要具备接收和发射功能，实现数据的传输通信。
因为实际环境复杂，多数情况时比较恶劣的，要保证稳定可靠地无线收发数据，需要对天线、发射功率、灵敏度、收发距离设计。
多种数据发送模式的配合使用。
数据异常时的实时跟踪发送、数据稳定时的定时发送、工作人员发指令进行查询时的数据及时发送，不仅能使处理器得到休眠，降低了功耗，提高了使用寿命，还有效避免了大量无用数据的产生，有效提高了处理器的运行速度。
基于ZigBee技术的无线环境监测节点的设计与实现崔丹丹刘玉洁单承刚(枣庄学院信息科学与工程学院，枣庄 277100)摘要：在大型仓库、粮仓、工厂车间、物流中心等领域,针对传统环境监测方式存在费时、费力、效率低且实时性差的缺陷,本文提出一种基于ZigBee技术实现无线环境监测的设计方案。
环境监测系统围绕Cortex-M3架构的STM32F107处理器构建物联网网关,采用CC2530+操作系统抽象层OSAL构建ZigBee传感器监测节点, ZigBee传感器监测节点采集数据汇聚至ZigBee协调器,ZigBee协调器通过串口将数据传输到网关,从而实现数据的实时监测。
本文主要研究了ZigBee 传感器监测节点的软硬件实现方案,给出了传感器监测节点的软硬件设计,应用结果表明,系统可靠性高,实用性强,有效降低了环境监控系统成本。
关键词： ZigBee；环境监测；OSAL；Cortex-M3中图分类号：TP277 文献标识码：ADesign and implementation of wireless environment monitoring node based onZigBee TechnologyCui Dandan ,Liu Yujie,Shan Chenggang(Zaozhuang University of Technology,Zaozhaung 277100,China) Abstract：In large warehouse, granary, factory workshop, logistics center, and other fields, traditional environmental monitoring method exist some questions .For example waste time and energy ,the defects of low efficiency and poor real-time performance. This paper proposes a design scheme based on ZigBee technology to realize the wireless environment monitoring. Environment monitoring system around Cortex-M3 architecture structure gataway .CC2530 + operating system abstraction layer OSAL was used to construct monitoring ZigBee sensor nodes, ZigBee sensor nodes to collect data to ZigBee coordinator, ZigBee coordinator via a serial port to transmit data to the gateway, so as to realize the real-time monitoring of data.This environment monitoring system has the characteristics of high reliability,high practicability and lower cost.Key words: ZigBee; wireless environment monitoring; OSAL;Cortex-M3引言本系统采用的ZigBee技术是一种基于IEEE 802.15.4协议标准的近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术,主要用于距离短、功耗低且传输速率不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用,已成为当下较为流行的无线通信技术。
本文介绍了一种基于无线传感器网络技术的环境监测系统。
其采用无线传感器网络技术（ZigBee）实现数据的采集与控制功能。
其中,监测节点实现对环境温度、光照度、火焰和湿度的数据采集,网关与上位机都可以对数据进行实时监测与反控。
1系统结构系统通过STM32F107处理器实现了uC/OS-2-2操作系统的移植,系统采用的是ZigBee数据传输技术。
系统利用CC2530构建ZigBee传感器监测节点,以Cortex-M3处理器构建嵌入式网关,网关作为监测系统的控制中心,汇总监测节点采集的传感数据,利用串口传送至上位机,供用户做出响应。
基于ZigBee技术的环境监测系统实现了无线数据的传输,由路由器节点作为监测节点,通过路由节点上的传感器采集数据,并传输至协调器,协调器通过串口传输数据最后汇聚Cortex网关。
2硬件设计2.1 监测节点硬件架构设计系统是基于ZigBee技术的无线环境监测系统。
CC2530 是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee 和RF4CE 应用的一个真正的片上系统（Soc）解决方案。
它能够以非常低的总的材料成本建立强大的网络节点。
其硬件逻辑结构主要是系统监测节点对数据的采集、转换以及相应的传输显示过程。
其具体监测节点硬件结构如图1所示。
图1监测节点硬件结构图2.2传感器模块2.2.1温湿度传感器本系统选用了温湿度传感器SHT10,其中SHT10的供电电压为2.4V～5.5 V。
SHT10的两线串行接口在传感器信号读取和电源功耗方面都做了优化处理,其总线类似I2C总线但并不兼容I2C总线。
温度传感器是使用IO口模拟类I2C的过程进行数据读取的。
使用SHT10温湿度传感器可使系统结构更趋简单, 可靠性更高。
它在测温湿精度、转换时间、传输距离、分辨力等方面有了很大的改进, 给用户带来了更方便和更令人满意的效果。
温湿度传感器电路图如图2所示。
图2温湿度传感器电路图2.2.2 光照传感器光照传感器中内置了高精度的16bit A/D 转换器,无需外部器件,对于暗处到室外有着较宽广的照度范围,其测量范围为1~65535 Lx（Lx是光照强度单位,指光照的强弱,以单位面积上所接受可见光的能量来量度。
简称照度,称勒克斯Lx）,可通过寄存器设定来选择1Lx 或4Lx 的步进来进行测定。
可以直接输出照度值。
光照传感器电路图如图3所示。
图3 光照传感器电路图2.2.3 火焰传感器火焰传感器利用红外线对对火焰非常敏感的特点,使用特制的红外线接受管来检测火焰,然后把火焰的亮度转化为高低变化的电平信号,输入到中央处理器中,中央处理器根据信号的变化做出相应的程序处理。
3 监测节点软件设计3.1 OSAL工作原理OSAL是以实现多任务为核心目标的系统资源管理机制。
ZStack协议栈中包括了：操作系统抽象层OSAL的协议栈调度程序。
操作系统抽象层OSAL与标准的操作系统有很大的区别,OSAL实现了类似操作系统的某些功能,但并不能称之为真正意义上的操作系统。
OSAL通过OSAL_ADD_TASK添加任务到任务表中,形成一个任务链表,这个任务链表是以任务的优先级先后排序的。
优先级高的排在前,低者排于后。
3.2 监测节点主程序节点程序采用OSAL的任务运行机制,该机制以多种任务资源分配为核心,实现了某些类似操作系统的功能。
当系统开始运行时,首先对各节点硬件进行初始化,然后对协议栈的各个层进行初始化并注册各节点性质,最后由协调器组建网络,路由节点申请入网。
网络建立成功后,各节点便进入OSAL操作系统循环,然后根据情况调用相应的事件处理函数。
监测节点主程序流程如图4所示。
图4 监测节点主程序流程图3.3 传感器数据采集3.3.1温湿度传感器采集程序温湿度传感器中的探头直接使用IIC接口进行控制,本实验使用CC2530读取温湿度传感器SHT10的温度和湿度数据,并将采样到的数据转换然后再LCD显示。
其中对温湿度的读取是利用CC2530的I/O模拟一个类IIC的过程。
具体数据的电路图如图5所示。
图5 温湿度传感器数据采集流程图3.3.2光照传感器的硬件连接及数据采集通过CC2530自带的光照传感器接收到的环境的光强产生的电压变化,传给协调器,通过A/D转换将光照值转换成具体数值,若参数在设定范围（0-100）内,将收集到的光照数据传送给网关和上位机；若不在范围（0-100）内,蜂鸣器报警。
3.3.3 火焰传感器的硬件连接及数据采集火焰传感器的数据采集是通过检测传感器端口的状态的变化来实现的。
端口状态为高电平时为有火焰,低电平无火焰,通过协调器检测端口状态,将数值传至网关,网关将数值通过串口传给PC机,利用PC机软件将数值实时显示出来。
结语本文介绍了基于无线传感器网络技术的环境监测系统。
系统的核心技术是ZigBee技术,ZigBee技术是一种低数据传输速率的无线个域网。
其中,网络的基本成员称为设备。
在该网络中,设备按照各自作用的不同可以分为协调器节点、路由器节点和终端节点。
其中ZigBee网络协调器是整个网络的中心,它的功能包括建立、维持和管理网络,分配网络地址等。
ZigBee路由器主要负责路由发现、消息传输、允许其他节点通过它接入到网络。
ZigBee终端节点是通过ZigBee协调器或ZigBee路由器接入到网络中,ZigBee终端节点主要负责数据采集或控制功能,但不允许其他节点通过它接入到网络中。
本文研究的环境监测系统就是利用ZigBee协调器、ZigBee路由器和ZigBee 终端节点的种种优点,系统的、实时的将环境中的数据反馈给用户,便于用户对数据的实时应用。
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