基于ZigBee和WiFi相结合的楼宇监测系统

基于ZigBee和WiFi相结合的楼宇监测系统发布时间：2021-08-06T15:40:21.527Z 来源：《中国电业》2021年第10期作者：何占东赵悦婷姜浩然[导读] ZigBee与WiFi在使用功能上各有所长，且许多是互补性很强的，因此两者拥有很好的兼容性，有着宽广的发展前景。

何占东赵悦婷姜浩然辽宁科技大学电子与信息工程学院，邮编:114051摘要：ZigBee与WiFi在使用功能上各有所长，且许多是互补性很强的，因此两者拥有很好的兼容性，有着宽广的发展前景。

通过分析研究空间直角坐标系、智能机器人控制和传感器的信息接收，总结并提出了一种通俗易懂、高效运行的，基于能量平衡的聚多跳路由算法，能够极大的提高传感器网络系统的使用寿命，这种监控系统已经逐步应用到实践中。

关键词： ZigBee；WiFi；楼宇监测；能量均衡引言：智能建筑监控是智能建筑的基本组成部分之一，主要是在建筑物的出入口和员工内部通道等等，尤其是在没有值班人员时。

它可以自动进行实时监控各个出入口以及通道内的情况，还可以自动采集这些地方的人物图像拍照、声音采集，必要时还可以自动报警。

监控系统主要是在无值班人员时开启，具有操作简单、方便控制和自动收集重要信息等优点。

根ZigBee技术的无线传感器网络所具备的效率高、减少人工成本、不易被发现等优点。

由于无线个域网技术是一种低数据速率无线传输技术，他平常只发出一些简单的信息，不仅要监控人们出入的各个重要场所，还需要收集各类重要信息、保存重要证据。

这对于ZigBee技术来说是相对不容易实现的，但对于WiFi来说就相对容易了。

所以为了满足楼宇监控系统的要求，可以将ZigBee技术与WiFi技术同时使用，构建出一个ZigBee技术与WiFi技术相结合的楼宇监控系统。

采用WiFi技术构建无线监控局域网。

可以以无线传感器监测网络的实时情况来看，收集重要的图像信息和音频信号，发送各种重要的监测活动信息。

基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统研究与设计一、本文概述随着科技的快速发展和人们生活质量的不断提高，智能家居系统已经成为现代生活的重要组成部分。

智能家居系统利用先进的无线通信技术，将家庭中的各种设备连接起来，实现智能化控制和管理，从而为用户提供更加便捷、舒适和节能的居住环境。

本文将重点研究与设计一种基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统，旨在提升家居环境的智能化水平，满足用户多样化的需求。

本文将首先介绍智能家居系统的发展背景和意义，阐述ZigBee 和WiFi两种无线通信技术在智能家居领域的应用优势和局限性。

在此基础上，提出一种基于ZigBee与WiFi融合的智能家居系统设计方案，该方案结合了ZigBee的低功耗、低成本和自组织网络特点以及WiFi的高速传输和广泛覆盖范围优势，以实现智能家居系统的高效、稳定和可扩展性。

文章将详细介绍该融合系统的架构设计、硬件选型、软件编程以及系统测试等方面内容。

通过对比分析不同通信协议的性能特点，选择合适的ZigBee和WiFi模块，并设计相应的硬件电路和软件程序。

文章还将探讨如何优化系统性能，提高数据传输速率和稳定性，以满足实际应用需求。

本文将总结研究成果，并对未来智能家居系统的发展趋势进行展望。

通过本文的研究与设计，旨在为智能家居领域的发展提供有益的参考和借鉴，推动智能家居技术的不断创新和应用。

二、ZigBee与WiFi技术概述在智能家居系统中，无线通信技术扮演着至关重要的角色，其中ZigBee和WiFi是两种被广泛采用的技术。

这两种技术各有优势，也存在着一定的局限性，因此，将它们融合在一起，可以充分发挥各自的优势，实现更为高效、稳定的智能家居系统。

ZigBee是一种低功耗、低成本的无线通信协议，专为物联网应用而设计。

它具有自组织、自修复的特性，能够在设备之间形成稳定的网络结构，特别适用于智能家居系统中的各种传感器、执行器等设备的连接和控制。

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。

ZigBee无线网状网络在楼宇自控系统中的应用Wenqi (Wendy) Guo, Student Member, IEEE , William M. Healy,and Mengchu Zhou, Fellow, IEEE（广东工业大学自动化学院检测技术与自动化装置）摘要：ZigBee作为一个开放的国际标准，为满足低成本低功耗无线传感器网络的独特需求而开发的一种无线通信技术。

这个标准吸取了IEEE 802.15.4无线电规范的全部优点并可以工作在世界各地无牌照的不同频率范围。

ZigBee无线网状网络（ZigBee-WMNs）被公认为是楼宇自动化和控制系统既经济又灵活的解决方案。

他们有可能统一传感器，执行器，家用电器，以及资产跟踪设备的数据通信方法。

他们提供了一套方案来建立一个可靠，价格合理，可以支持低数据率和低占空比的电池供电设备的骨干网络，以方便楼宇自动化和控制系统（BACs）。

本文介绍了ZigBee-WMNs在BACs领域应用的可行性和优势，让建筑使用者受益无穷。

1 引言无线传感器网络可以被定义为一种传感器节点组成的网络，它涵盖范围甚广，并提供通过无线通信协议监测的地区环境信息。

它可应用在很多领域，包括医疗保健、环境监测、家庭自动化和军工等。

无线传感器网络因其安装简易性和成本低而具有更大的市场潜力。

楼宇自动化和控制系统（BACs）的特点是存在大量的分布于建筑体内的传感器和被控对象。

图1显示了部分包含于BACs的子系统，如采暖通风和空气调节（HV AC）、照明、电力、热水、消防，门禁、闭路监控和公共广播系统等。

无线传感器的连接取消了硬接线的相关费用。

它的一个额外的好处是在改造项目中减少了来自住户和设施的阻碍。

相比传感器安装在易于连线的位置，无线传感器可以安装在确实需要的位置，以优化性能，并保持同平面图的匹配。

大量文献都记录了无线技术在楼宇的使用[3-8]。

早期的研究中[10]概述了将无线网络是如何支持现场设备的无线通讯，如房间或区域控制器及相关的温度传感器在不同场所的使用，如学校，医院和大学等图1 楼宇自动化和控制系统的结构无线传感器网络开创了其在BACs中应用的新篇章。

文章编号：1009－2552（2012）10－0019－04中图分类号：TP212．9；TN929．5文献标识码：A 基于ZigBee无线传感网络监测系统的实现杨俊，阮超，陈睿瑶，付红桥（武汉科技大学冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心，武汉430081）摘要：为实现环境的智能化实时监测，提出基于ZigBee的无线传感网络技术的环境监测方法。

利用ZigBee的低成本、大规模自组织网络、监测节点能长时间生存等优点以满足智能化实时监测的需求。

文中实现了整个无线传感网络的系统软硬件架构以及环境监测数据的采集、发送、处理。

实验结果表明该系统性能稳定，实时性好，能较好满足实际监测需求。

关键词：环境监测；ZigBee；无线传感网络Realization of WSN monitoring system based on ZigBeeYANG Jun，RUAN Chao，CHEN Rui-yao，FU Hong-qiao （Engineering Research Center of Metallurgical Automation and Measurement Technology，Ministry of Education，Wuhan University of Science and Technology，Wuhan430081，China）Abstract：In order to realize the intelligent real-time monitoring of environment，an environment monitoring method based on ZigBee and wireless sensor networks（WSN）technology is presented．Using various advantages of ZigBee，such as low power usage，large-scale self-organizing network and long-term survival，the requirements of intelligent real-time monitoring are satisfied．This paper provides an overview of software/hardware system structure of wireless sensor networks and realization of monitoring environment，including data collection，transmission and processing．The experimental result shows that this system is of high practical value and ideally suited for the requirement of a real monitoring environment．Key words：environment monitoring；ZigBee；wireless sensor networks0引言随着社会对环境保护越来越重视，对环境监控方式的要求也越来越高。

基于ZigBee的楼宇电力监测系统作者：张洪臣付伟乘李相华潘忠凯张蔚来源：《科技资讯》 2011年第35期张洪臣付伟乘李相华潘忠凯张蔚(长春理工大学电工电子实验教学中心长春 130022)摘要:提出了一种基于ZigBee技术的楼宇电力监测系统。

重点介绍系统总体方案、总体框架、无线传输网络和系统工作流程。

该系统具有拓扑结构、低成本和低功耗等优点,提供250kb/s监控信息传输速率,传输距离可达100米,有效地提高了楼宇电力系统的安全性。

关键词:电力监测 ZigBee技术无线传输网络中图分类号:TP274 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)12(b)-0109-01ZigBee是一种新兴近距离自组网无线网络技术,主要用于低速率近距离的文本传输。

系统利用了ZigBee无线传输、低功耗、安全可靠的数据传输能力,并采用先进的软件编程技术,作为上位机监测和管理电力系统的平台。

由于该装置集多种功能于一体,对进一步提高电网的自动化水平、提高供电的安全性和可靠性、增加电网的经济效益都具有十分重要意义。

1 系统的总体设计楼宇电力监测系统的总体设计主要包括数据采集终端、路由节点、ZigBee网络组建和中心控制四个部分组成。

首先利用传感器采集电压、电流、温度等数据,然后将数据传给相应的ZigBee终端节点,再由终端节点将处理后的数据传给ZigBee路由节点,ZigBee路由节点会把收到的数据传给中心控制的ZigBee,中心控制的ZigBee把全部数据传给上位机,监控人员可以在上位机直接监控整个楼宇电力情况。

2 系统的硬件设计2.1 数据采集终端设计数据采集终端是由相应的传感器和若干个ZigBee终端节点组成。

ZigBee终端节点将采集到的数据经由12位A／D转换器进行转换,经过精确处理后打包传给ZigBee路由节点。

ZigBee 通信模块硬件设计采用德州TI公司的CC2530芯片作为硬件平台。

2.2 无线传输网络设计本文提出的监测系统使用的频带是2.4GHz,它提供了16个信道,物理层采用高阶调制技术,能够提供最大250kb/s的传输速率。

基于zigBee的楼宇安全监测系统设计戴林【摘要】该系统以CC2430开发板为核心,设计了基于ZigBee无线网络的楼宇安全监控系统,给出了系统的结构框图,使用Microsoft Visual Studio 2005环境开发,C#为主要开发语言,并使用SQL Sever 2005作为数据库,实现了楼宇安全监测及统一管理.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2014(022)005【总页数】4页(P30-32,37)【关键词】ZigBee;楼宇安全;协调器;路由器;监控子节点【作者】戴林【作者单位】江苏科技大学江苏镇江212003【正文语种】中文【中图分类】TN98无线传感器网络技术是继因特网之后，对21世纪人类生活方式产生重大影响的IT 技术之一。

无线传感器网络的出现，将逻辑上的信息世界与客观的物理世界融合在一起，改变了人与机器、人与自然的交互方式，未来人们将通过无所不在的传感器网络接触自然、感知客观世界，从而极大地扩展人类认识世界的能力[1]。

ZigBee是一种网络容量大、节点体积小、低功耗、低速率的无线通信技术，主要用来实现信息的采集与处理。

由于Zigbee网络节点体积小，组网灵活，部署方便，功耗极低，所以是很用来组建无线传感器网络[1]。

由于其优秀的组网能力，使得它和其他无线通信技术在楼宇自动化系统中的应用具有无可比拟的优势。

ZigBee网络支持数量众多的节点，这点对于大型的楼宇自动化系统中需要大量的传感器和控制器的场合是非常重要的[2]。

本文所设计的ZigBee无线传感器网络楼宇监控系统主要以楼宇内重要设备为主要监控对象，可以实时的获取各个终端设备的状态信息，并可通过移动通信模块对网络进行远程管理。

1 系统的主要功能和整体结构设计1.1 楼宇安全监测系统主要功能楼宇安全监测系统主要由管理中心，ZigBee节点（包括协调器节点、路由节点和监控节点）组成[3]。

管理中心运行系统管理软件，监控网络拓扑和负责相关网络管理、维护等功能；ZigBee节点负责设备及环境监控[4]。

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。

欢迎光临本刊网站h tt p://www.e i c.c o m.c n do:i10.3969/.j issn.167121041.2010.02.007基于Z igBee的楼宇监控系统的应用设计周燕灿,徐杜,蒋永平,邹小武(广东工业大学信息工程学院,广州510006)摘要:介绍了Z igBee无线通信技术与服务器系统相结合设计的楼宇监控系统,阐述了各个节点的硬件设计与软件设计流程。

该系统可以实时的获取各个终端设备的状态信息,并可通过In tern et网对监控对象进行实时远程控制和监控。

该系统也可应用于智能家居、工业控制等领域。

关键词:Z i gBee;楼宇监控;远程控制;M C13192中图分类号:TN92文献标识码:AApp lica tion of bu ild ing m on itor ingsyste m based on Z igBeeZHOU Yan2can,XU Du,JIANG Yon g2p i ng,ZOU X i a o2wu(Facu lty o f In form ati on En gineer i n g,G u an gd ongU n i versity of T echn ology,G u an gzhou510006,Ch i na)Ab s trac:t I n trod uced the m o n i t o ri ng s ys t em f o r b u il d i n g w it h the Z i g2Bee w i re l es s comm u n i ca ti o n techno l o g y a nd se rve r,expou nded t heha rdwa re and so ft wa re de s i gn o f nod es.The s ys t em can ga i n a ll t hes t a tus i n f o r m a ti on o f t e r m i na l eq u i pm e n t rea l2tm i e,a nd rem o t e co n2tro l thro ugh t he I n t e rne t ne t w o r k.It ca n be us ed i n s m a rt hom e,i n2du s tri a l co n tr o,l a nd o t he r fi e l ds.Ke y w o r d s:Z i g Bee;bu i l d i ng m o n it o ri n g;rem o t e co n t ro;l MC131920引言随着无线通信技术的发展,无线通信技术在楼宇自动化领域中的应用越来越受到人们的关注。

基于单片机的室内无线环境监测系统设计与应用一、概述随着科技的飞速发展和人们生活水平的提高，室内环境质量日益受到人们的关注。

无线环境监测系统作为现代智能家居的重要组成部分，具有实时监测、数据分析和远程控制等功能，为改善室内环境提供了有力支持。

本文旨在探讨基于单片机的室内无线环境监测系统的设计与应用，以期为相关领域的研究和实践提供参考。

基于单片机的室内无线环境监测系统，主要利用单片机作为核心控制器，结合传感器技术、无线通信技术以及数据处理技术，实现对室内环境参数（如温度、湿度、空气质量等）的实时监测和数据传输。

该系统具有成本低、功耗低、易于扩展和维护等优点，适用于家庭、办公室、学校等多种场所。

本文首先介绍了室内无线环境监测系统的研究背景和意义，阐述了系统设计的必要性和可行性。

接着，详细阐述了基于单片机的室内无线环境监测系统的硬件设计和软件设计，包括传感器的选型与连接、单片机的选型与编程、无线通信模块的配置与调试等方面。

本文还探讨了系统在实际应用中的性能表现和优化策略，为系统的进一步推广和应用提供了有力支持。

1. 介绍室内环境监测的重要性和需求随着科技的发展和人们生活水平的提高，室内环境质量与人们的健康和生活品质日益密切相关。

室内环境监测的重要性逐渐凸显，它不仅能够提供关于室内空气质量、温湿度、光照等关键环境参数的数据，还能帮助人们及时了解和改善居住环境，预防潜在的健康风险。

室内空气质量直接关系到人们的呼吸健康。

现代生活中，各种家具、装修材料释放的甲醛、苯等有害物质，以及室内吸烟、烹饪产生的油烟和颗粒物，都可能对人们的呼吸系统造成损害。

实时监测室内空气质量，特别是PMTVOC（总挥发性有机化合物）等关键指标，对保障人们健康至关重要。

温湿度也是影响室内舒适度的重要因素。

过高或过低的温度和湿度都可能引发身体不适，如感冒、呼吸道疾病等。

通过环境监测系统实时调节室内温湿度，可以创造更加舒适的居住环境。

光照条件也对人们的生理和心理健康有着不可忽视的影响。

基于WIFI和ZigBee的智能烟感报警器1 作品介绍1.1 作品功能本作品借助物联网技术开发了一种烟雾报警系统，用于监控火灾、煤气泄漏等不安全事故的发生。

该烟雾报警系统由无线传感器网络节点和监控系统两个部分组成。

无线传感器网络节点由多个感知模块组成，用于实时检测多个监控区域的环境参数（如烟雾气体浓度、一氧化碳浓度等），并通过传感器网络将所有数据传输至监控系统。

监控系统由下位机、PC上位机、手机APP三个部分组成：下位机安装在用户监控场所，通过无线传感器网络实时接收传感器节点的环境参数，并利用ZigBee网络和WIFI网络将监控数据分别发送至监控中心的PC上位机和用户手机的APP，若被监控的区域发生火灾、煤气泄漏等安全事故，三者将同时报警，从而极大程度地减低了无法获取安全事故发生的问题的风险，能够第一时间对受灾的地点进行抢救。

本作品可用于普通家庭住宅用户安全事故的监控，一旦发生安全事故，家庭住宅的下位机、小区物业部门安装的PC上位机、住户手机的APP三者将同时发出报警信号，能够第一时间对事故地点进行抢救；同时，本作品可用于酒店、办公楼、商业广场、工厂操作间等需要大面积多区域监控的场所。

1.2 作品创新点本作品的创新点在于：1、通过下位机、PC上位机、手机APP三种终端报警的方式降低无法第一时间获取安全事故发生的风险，能够第一时间对事故地点进行抢救；2、利用无线传感器网络的优势，将监控传感器和监控系统分离成独立的模块，实现了增加监控区域只需安装独立的传感器节点的特性，极大程度地提升了系统的可扩展性，同时使得系统具有较低的扩展成本。

2 准备事项2.1 作品原理如图2.1所示，本作品由无线传感器网络节点和监控系统两个部分组成。

无线传感器网络节点对监控点的环境参数进行采集并处理，通过无线通信模块将处理后的数据发送至下位机。

监控系统由下位机、PC上位机和手机APP三个部分组成。

下位机对无线传感器网络节点传输的环境参数进行分析，同时在LCD进行显示，并通过WIFI和ZigBee网络将数据分别发送至手机APP和PC上位机；若接收的环境参数数据满足安全事故发生的条件，下位机将通过语音模块发出报警提醒，同时手机APP和PC上位机也将发出报警信号；若用户发现发出的报警信号为误触信号，用户可通过按键或者语音识别模块关闭报警。

文章编号:1673-9965(2008)05-460-06基于ZigBee和WiFi相结合的楼宇监测系统*王建国1,2,郭宝亿1(1.西安工业大学计算机科学与工程学院,西安710032;2.科罗拉多矿业学院工程系,科罗拉多CO80401)摘要:ZigBee和WiFi各自具有明显的特点,并且许多特性具有互补性,将二者相结合具有很好的应用前景.提出了一种基于ZigBee技术和WiFi技术相结合的楼宇监测体系结构;研究了解决传感数据采集、坐标系统的建立、机器人的控制等关键技术的方法;实现了一种简单、易于实现、高效的基于能量均衡的分簇多跳路由算法,能够较好的提高传感器网络的生存期;实现了监测系统,并得到了实际应用.关键词:ZigBee;W iFi;楼宇监测;能量均衡中图号:T P393文献标志码:A楼宇监测是楼宇智能化的重要组成部分,主要是针对楼宇出入口、内部过道以及一些重要场所进行监测,特别是在无人值守的情况下.能够自动监测人员进入楼宇和重要场所情况.在必要情况下,能够采集进入这些场所人员的图像、声音等信息,自动报警.楼宇监测系统要求无人值守、网络化、便于操作和管理、系统成本低廉、能够自动报警并且自动收集到相关的信息.现有的监测系统多数通过有线方式进行数据传输,成本普遍比较高,通常高达几万元甚至几十万元,且维护困难,扩展性差.ZigBee技术(也称之为802.15.4标准)是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本、高容量的无线传感网络技术,主要适合于承载数据流量较小的业务[1-3].相对于现有的各种无线通信技术,ZigBee技术是最低功耗和成本的技术.而与ZigBee技术相反,WiFi(Wireless Fidelity,也称之为802.11标准)是一种远距离、复杂度较高、高功耗、高数据速率(达54Mbps)、高成本的无线网络技术.目前在无线局域网中得到了较为广泛的应用,十分便于接入Internet.可见基于ZigBee技术的无线传感器网络具有可快速部署、隐蔽性强、成本低、无人值守等优点[4],十分适合于楼宇监测的应用.但是,由于Zig-Bee技术是一种低数据速率的无线传输技术,它一般传输的数据量较小,而在楼宇监测系统中,除了监测是否有人员进入楼宇和重要场所之外,还需要采集和传输数据量较大的图像、声音等信息.这对于Zig Bee技术是个难点,很难完成,但是对于WiFi则易如反掌.因此,为了满足楼宇监测系统的具体需要,我们可以将ZigBee技术和WiFi技术相结合,构建一个技术ZigBee和WiFi相结合的楼宇监测系统.利用ZigBee技术组建无线传感器监测网络,监测和报警人员进入情况,传输小数据量的监测活动信息;利用WiFi技术组建无线监测局域网络,根据无线传感器监测网络监测的情况采集相关的图像或声音信息,传输大数据量的监测活动信息.1监测系统体系结构根据上述对楼宇监测系统的要求以及ZigBee 技术和WiFi技术的特点分析,提出了一种基于ZigBee技术和WiFi技术相结合的楼宇监测系统,第28卷第5期西安工业大学学报Vo l.28N o.5 2008年10月Journal o f Xi.an T echnolog ical U niv ersity O ct.2008*收稿日期:2008-06-10基金资助:国家基金委留学基金(留金出[2006]3085)作者简介:王建国(1969-),男,西安工业大学副教授,主要研究方向为传感器网络、主动网络、分布式计算.E-mail:w jg_xit@.其体系结构如图1所示.楼宇某层的网络布局如图2所示,其中O (0,0)表示坐标原点.图1 楼宇监测体系结构Fig.1 T he architecture of activity surveillance fo r building本系统由4个部分组成:¹基于ZigBee 技术的无线传感器网络子系统;º基于WiFi 技术的机器人子系统;»基于WiFi 技术的摄像监视子系统;¼监控中心子系统.其中,基于ZigBee 技术的无线传感器网络子系统由若干个红外传感检测器(IR)、音频传感检测器、汇集节点Mo te 和网关T mo te 组成.IR 被安装到楼宇进出口和重要场所,每临近的5个检测器汇集到一个汇集节点Mote.汇集节点采用由美国克尔斯博科技(CrossBow )公司开发和生产的无线传感设备M ote,该节点由处理器和RF 芯片构成.该子系统主要负责监视人员进入楼宇和重要场所的活动情况,当有人员进入IR 的监测范围时,IR 便将监测数据发送给与它相连接的Mo te,然后通过网关T mote 上报给监控子系统.在监控子系统中可以将这些监测数据存入数据库,同时对一些重要场所设置告警规则,当规测满足时,触发告警.图2 楼宇某层网络布局图F ig.2 Netw or k layo ut of some building layer基于WiFi 技术的机器人子系统由若干个机器人和无线网络接入节点(无线路由器)组成.该子系统主要负责对重要场所的侵入活动进行跟踪.当监控中心子系统触发告警后,通过WiFi 通信技术给机器人发送命令,指挥机器人到指定的位置进行跟踪,采集相关的图像和音频信息,并将这些信息反馈到监控中心显示/播放和存档.本系统中的机器人采用加拿大Dr.Ro bo t 公司设计和开发的智能无线机器人X80系列WiRobot(该机器人配备有超声波传感器3个、红外距离传感器7个、人体传感监测器2个、摄像头1个、音频播放器1个).无线网络接入节点采用D-Link 公司生产的无线路由器.基于WiFi 技术的摄像监视子系统由若干个Web 照相机和无线网络接入节点(无线路由器)组成.W eb 照相机被安装到楼宇进出口和重要场所,能够对监视范围内的活动情况进行拍照,并将照片通过无线网络接入节点发送到监控中心进行显示和存档.本系统中的W eb 照相机采用D -Link 公司生产的DCS -G900照相机.监控中心子系统由服务器、PC 、笔记本电脑等组成.该子系统主要负责对整个监测系统进行调度、控制、数据处理和存储.监控中心子系统中的设备可以通过有线,也可以通过WiFi 无线接入网络.2 关键技术基于Zig Bee 和WiFi 相结合的楼宇监测系统中涉及到的关键技术主要有传感数据的采集、传感器节点能量的节省、坐标系统的建立以及机器人的控制.2.1 传感数据的采集传感数据采集是本系统中最为基础的功能,是461第5期 王建国等:基于Zig Bee 和W iF i 相结合的楼宇监测系统系统处理的数据来源和控制基础.本系统中采用的汇集传感器节点是由克尔斯博科技(CrossBow)公司开发和生产的无线传感设备Mo te,该节点是在TinyOS支持之下进行数据采集和通信工作.Tin-y OS是美国加州大学伯克利分校专门针对传感器网络特点而设计的操作系统.TinyOS使用高效的基于事件的执行方式,包含经过特殊设计的组建模型,成为高效率的模块化和易于构造的组件型应用软件.在TinyOS中,通过nesC语言表达组件以及组件之间的事件/命令接口.本系统中的传感数据的采集和传输也是在TinyOS基础之上进行设计和开发的.利用nesC 应用程序框架和各种组件开发了数据采集和数据传输功能模块,并将采集的数据在监控中心实时显示和入库存储.为了便于数据的采集和识别,在监控中心的服务器中预先给每个传感器IR分配一个惟一的标识(ID),通过该ID指示传感器的位置.如图2所示的传感器布局中,共布局了45个IR传感器,根据每临近的5个IR汇集为的原则,分别分配ID号为11,12,13,14,15,21,22,,,, 91,92,93,94,95.为了尽量节省传感器的能量,传感器IR采用休眠工作机制,即当没有数据需要发送时,传感器IR处于休眠状态,当需要发送数据时,IR被唤醒并传送数据.IR检测和传送数据采用基于事件驱动方式,传感器IR检测到人员活动时,将它的ID通过汇集节点M ote和网关T mo te 传送到监控中心的数据采集模块.数据采集模块接收到该ID后,提取当前的系统时间,然后将ID和当前的系统时间实时显示并存入数据库.在一个楼宇中可能有一些重要区域(或称之为禁区),当检测到某个禁区出现人员活动时,检测中心应当自动发出告警信息.为此,首先需要在该禁区安装若干个传感器IR,如图2所示禁区316中的5个IR.然后在监控中心的服务器中预先将该禁区与该禁区中安装的所有传感器IR的ID进行关联,并设置告警条件.当处于该禁区所有IR中的任何一个检测到人员活动时,立即将该ID以及当前的系统时间实时显示并存入数据库,同时通过声音、颜色发布告警.2.2基于能量均衡的分簇多跳路由当楼宇中多层楼道的传感器节点组成一个规模较大的传感器网络时,传感数据往往需要经过多个中间节点(簇头)的转发才能到达网关,再通过网关发送到监控中心.由于传感器中间节点的能量有限[5],尽量降低传感器中间节点的能量消耗.提高网络的生存周期是无线传感器网络必须重点考虑和解决的问题[6].文献[7]将传感器网络的能量消耗分为有用能耗和无用能耗.有用能耗包括传数据输/接收、数据处理、数据查询等;无用能耗主要有空闲侦听、数据重传、额外开销以及产生和处理控制包.高效的路由算法能够较好的降低数据传输/接收能量消耗[8].系统一个方面通过休眠机制[9],使传感器节点在无数据传输时处于休眠来降低节点的能量消耗.同时由于充当簇头节点的能量消耗远远高于其他的节点,为了提高整个网络的整体生存期,提出了一种基于能量均衡的分簇多跳路由算法.算法的基本思想是将若干个节点划分为一个簇,定时评估簇内各个节点的剩余能量.根据能量评估结果,使剩余能量最多的节点充当簇头,即定时动态产生簇头,使簇内各个节点轮值充当簇头,从而避免长期让某个节点充当簇头将能量耗尽后无法工作的现象发生.该算法相对于其他的相关算法具有简单、易于实现、高效的特点.2.3坐标系统构建本系统需要建立两个坐标系统,一个是传感器布局实际空间坐标系统,该坐标系统主要用于控制机器人的移动以及指示告警位置.另一个坐标系统是屏幕图形显示坐标系统,主要用于屏幕以图形方式显示传感器布局和告警点.在传感器布局实际空间坐标系统中需要标识的对象主要包括三个方面:传感器的位置、重要场所的位置以及特殊标识物的位置.如前所述,由于预先将每个传感器编制了惟一的ID,于是可以根据坐标原点O(0,0)预先测量确定传感器IR的坐标位置,然后建立传感器ID与传感器位置信息的配置表.因此,当某个传感器报警时,利用该传感器的ID通过查表可以确定报警点的位置.重要场所(禁区)的位置信息原则上可以通过安装在该场所中传感器的ID来指示,但是由于需要控制机器人对该场所进行跟踪监视,实际上是对某区域范围中的可疑人员进行跟踪监视.因此严格的说需要的是该场所的位置信息(确切的说是进入该场所入口的位置信息),而不是场所中传感器的位置信息.所以,可以将一些重要场所的位置信息462西安工业大学学报第28卷预先在坐标系统中标出,并且建立场所中所有传感器与该场所入口的位置信息对应表.当该场所中任何一个传感器报警时,通过查找对应表,给出该场所入口的位置信息.如图2所示,当确定坐标原点O (0,0)的位置后,通过测量,可以预先获得一些重要场所的坐标信息.如:302A 的坐标信息是(-182,697);302的是(-939,1302);329的是(2393,1606);330的是(2121,1303);316的是(1545,1698).坐标信息的单位是厘米,因此根据该坐标系统控制机器人的移动,精确度可以达到1厘米.特殊标识物是用于控制机器人的一些辅助性标识.由于W iRobot X80自身没有位置定位装置,但是在控制机器人移动的过程中,需要及时掌握机器人的当前位置,因此通过坐标系统和特殊标识物来解决这个问题.如图2所示墙壁1和墙壁2可用作特殊标识物,当控制机器人进入320,330,316等房间时,需要利用墙壁1作为标识,指示控制机器人转向.当控制机器人进入329房间时,需要利用墙壁1和墙壁2作为标识.根据图2中的位置,墙壁1和墙壁2的位置信息是:墙壁1(***,1667).由于利用墙壁1控制机器人的转动,只是关心它与原点的Y 值,而不关心它的X 值.墙壁2(2363,***),同理,只是关心它与原点的X 值,而不关心它的Y 值.例如,当需要控制机器人进入316房间,程序的控制规程是根据316的坐标信息(1545,1698)驱动机器人从原点O(0,0)出发,一直前行,直至到达墙壁1(通过机器人的红外传感可以检测到),然后控制机器人90b 右转,当X 值达到1545时,控制机器人90b 左转进入316房间.系统以图形界面方式显示传感器布局、机器人的实时移动路线以及显示告警点,因此还需要建立一个图形界面坐标系统.为了保持显示图形能够与实际传感器布局以及告警点一致,与机器人的移动同步,需要将传感器布局实际空间坐标系统与图形界面坐标系统映射.具体方法是当进行图形显示时,将实际空间坐标系统中的坐标值映射为图形界面中的坐标值,按照图形界面中的坐标值进行画图显示.当图形被放大/缩小时,按照图形放大/缩小的比例因子重新计算被映射的坐标值.为了保证系统的灵活性,我们开发了坐标系统映射配置功能,用户可以预先输入实际空间坐标系统中的传感器、重要场所、特殊标识物以及原点等的坐标信息.系统能够将这些坐标信息直接映射为图形界面中的坐标值.当需要新增加禁区、特殊标识物、新增或移动传感器节点时,只需要重新配置这些点的坐标信息即可,而不需要修改系统软件部分.2.4 机器人的控制基于WiFi 技术的机器人子系统主要负责对重要场所的侵入活动进行跟踪.当监控中心子系统触发告警后,通过W iFi 通信技术给机器人发送命令,指挥机器人到指定的位置进行跟踪,采集相关的图像和音频信息,并将这些信息反馈到监控中心显示/播放和存档.1)机器人的驱动机器人按照给定的速度前进(假定速度为V cm/s),前进时间t 秒,可以计算出它移动的距离d =v *t.这样在实际空间坐标系统中我们可以确定机器人的当前位置,从而可以控制机器人顺利到达目的地.但是实际情况较为复杂,在机器人前进的过程中,机器人可能不是完全走直线,也可能走成斜线,如图3所示.这样根据速度和时间计算出来的d 值与坐标系统中的实际Y 值之间存在偏差,而且偏差值可能较大.为了解决该问题,我们可以根据d 和Y 计算得到偏移的x 值,然后对坐标X 值进行矫正.实际上,通过反复试验发现,如果当机器人在原点时的前进方向刚好垂直于特殊标识物墙壁1,偏移值x 很小(偏移量<3%),可以忽略.当然,在原点时的让机器人的前进方向刚好垂直于特殊标识物墙壁1是很困难的.图3 机器人可能行进的实际路线Fig.3 T he possible actual r oute of r obot如上述控制机器人进入316房间的例子中,假定当机器人在原点时的前进方向刚好垂直于特殊标识物墙壁1.如果考虑到实际可能存在的偏差,则程序的控制规程是,根据316的坐标信息(1545,1698)驱动机器人从原点O(0,0)出发,同时开始计时,一直前行,直至到达墙壁1(通过机器人的红外传感可以检测到).此时根据机器人实际行进的距离d 和已知的墙壁1距离原点的垂直距离463第5期 王建国等:基于Zig Bee 和W iF i 相结合的楼宇监测系统Y 值(1667),计算出偏移值x.同时比较机器人前方左右端两个红外传感检测值,可以判断出是偏移正向的x ,还是偏移负向的x.将机器人当前的位置设定为(x ,1667),然后控制机器人90b 右转,当X 值达到1545时,控制机器人90b 左转,继续前行31cm(1698~1667)进入316房间.2)障碍物的避让控制机器人前行的过程中可能遇到障碍物.因此,需要控制机器人自动检测和自动避让障碍物.障碍物的自动检测比较简单,利用机器人上配置的超声波传感器或红外传感器以及WiRobotSDK 提供的API 可以实现.本软件系统采用红外传感器以及WiRobo tSDK 提供的API 来实现,通过获取机器人前端、左、右各个红外传感器的检测值,可以分别判断出在前方、左、右是否存在障碍物.控制机器人避让障碍物则较为复杂,主要是需要重新计算坐标值.设计和实现的机器人躲避障碍物控制流程如图4所示.图4 机器人躲避障碍物流程图Fig.4 Pr ocedure o f ro bo t avo iding barr iers当机器人在前行的过程中检测到前方出现障碍物时,停止机器人的前进,继续检测左、右方是否也存在障碍物.¹如果左方存在有障碍物(说明只能向右方躲避),则暂存当前的行进距离值y ,并且控制机器人向右转动90b 继续前进,直到机器人的左方红外传感器检测不存在障碍物为止(表明已经绕过障碍物),假定向右行进了d 厘米,则将原来的目标点的坐标值X 修正为X -d,然后控制机器人向左转动90b 继续前进,同时在原来的y 值基础上继续记录行进距离值.º如果右方存在有障碍物(说明只能向左方躲避),则暂存当前的行进距离值y ,并且控制机器人向左转动90b 继续前进,直到机器人的右方红外传感器检测不存在障碍物为止(表明已经绕过障碍物),假定向左行进了d 厘米,则将原来的目标点的坐标值X 修正为X +d,然后控制机器人向右转动90b 继续前进,同时在原来的y 值基础上继续记录行进距离值.»如果左、右方均不存在障碍物(说明向左、右方均能躲避),系统默认控制向右方躲避,其控制方法与¹相同.3 结论由于Zig Bee 和WiFi 各自存在较为明显的特点,许多特性是相互补充的,因此将二者相结合具有很好的应用前景.本系统结合ZigBee 和WiFi 各自的优点,建立了一种楼宇监测无线网络系统.它能够自动监测楼宇中人员的活动情况,并根据基于ZigBee 无线传感器网络发出的告警指令,自动控制机器人到达告警位置进行跟踪.与传统的监测系统相比较,该系统具有低成本、无人值守的特点.该系统已经在科罗拉多矿业学院工程系主楼上得到实际应用.该系统还可以应用于矿山、小区等地方,同时,也适用于环境监测(需要将红外距离传感检测器换成温度、湿度等传感检测器).但是,该机器人目前只能每次从固定的地点(坐标原点)出发,经过预定的路线到达目标点,当然,如果配备GPS 模块,就很容易解决该问题.致谢:感谢科罗拉多矿业学院Kev in L M oor e 和Bill H of 教授给予的支持与帮助.参考文献:[1] Barker N.Zig Bee and Bluetooth Str eng ths and Weak -nesses for Indust rial A pplicatio ns [J].Co mputing &Contr ol Eng ineer ing Jour nal,2005,16(2):20.464西 安 工 业 大 学 学 报 第28卷[2] H ill J,Szew czyk R,Wo o A,et al.Sy stem A rchitectureDirections for Netw or ked Senso rs[C]//Butler L amp -son,Pr oceeding s o f the Ninth Int ernational Confer -ence on A rchitectural Suppo rt for Pr og ramming L an -guages and O per ating Systems(A SP L OS).M ass:A r -chitectur al Suppo rt fo r P rog ramm ing L ang uages and O per ating Systems,2000:93.[3] H u W en,T r an V N ,Bulusu N,et al.T he Desig n andEvaluat ion of a H y br id Senso r N etwo rk Fo r Cane -toad M o nitor ing [C ]//Feng Zhao,Co zzens J.P ro -ceedings o f Informat ion P rocessing in Sensor Net -wo rks(IP SN2005/SPOT S 2005).L os Ang eles:Info r -mation P rocessing in Senso r N etw or ks,2005:325.[4] A kyildiz I,Su W,Sana K ar asubramaniam Y ,et al.W ireless 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-cluster mult-i ho p routing algor ithm based on energy balance).This algorithm can impr ove the ex isting sensor netw or k.T his activity surveillance system has been implemented and applied into practical application.Key words: ZigBee;WiFi;activity surveillance for building ;energy balance(责任编辑、校对 苗静)465第5期 王建国等:基于Zig Bee 和W iF i 相结合的楼宇监测系统。

基于WiFi的楼宇环境监测系统作者：张秀再范江棋陈彭鑫吴华娟赵益波来源：《现代电子技术》2016年第06期摘要：在此设计基于WiFi技术的楼宇环境监测系统，用于监测楼宇内温湿度、天然气、煤气和气压监测。

系统分为监测中心和监测节点，监测中心与监测节点之间通过WiFi实现数据传输。

监测节点由STM32单片机、温湿度传感器、可燃气体传感器、气压传感器和WiFi模块组成，3个传感器把检测的数据传到STM32单片机中，然后STM32单片机通过WiFi模块把检测数据传输到监测中心，从而实现对楼宇环境的实时监测。

该系统检测目标多样且扩充性强，适用于楼宇环境检测，具有一定的实际意义。

关键词：楼宇环境监测； WiFi；温湿度传感器；气体传感器；气压传感器中图分类号： TN911⁃34 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2016）06⁃0086⁃03 Building environmental monitoring system based on WiFiZHANG Xiuzai1， 2， 3， FAN Jiangqi1， CHEN Pengxin1， WU Huajuan1， ZHAOYibo1， 2， 3（1. School of Electronic & Information Engineering， Nanjing University of Information Science & Technology， Nanjing 210044， China；2. Jiangsu Collaborative Innovation Center of Atmospheric Environment and Equipment Technology， Nanjing 210044， China；3. Jiangsu Technology & Engineering Center of Meteorological Sensor Network， Nanjing University of Information Science & Technology， Nanjing 210044， China）Abstract： A building environmental monitoring system based on WiFi technology was designed for monitoring of temperature， humidity， natural gas， coal gas and air pressure in the building. The system is composed of monitoring center and monitoring node to realize data transmission between them through WiFi. The monitoring node is composed of STM32 MCU， temperature and humidity sensor， combustible gas sensor， air pressure sensor， and WiFi module. The detected data is transferred to the STM32 MCU through the three sensors， and transmitted to the monitoring center through the WiFi module to realize the real⁃time monitoring of the building environment. The system has detection performance of diverse targets and strong expansibility， and is suitable for building environmental detection.Keywords： building environmental monitoring； WiFi； temperature and humidity sensor；gas sensor； air pressure sensorc0 引言随着社会的不断进步和信息技术的迅猛发展，自动检测技术与信息传输相结合的智能楼宇内检测系统正悄然进入人们的日常生活中。

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。