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1、 摘要 空气品质对人的影响至关重要，利用传感器检测空气质量是当今流行的一种方法，本文介绍了传感器在空气质量检测方面的原理应用及监控系统的网络设计。本系统采用无线传感器网络来实现数据的采集与发送。无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的廉价微型传感器节点组成，通过无线通信方式形成一个多跳的自组织的网络系统，其目的是协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给观察者。本设计系统采用CC2430无线通信模块、温湿度传感器DHT90、空气质量传感器QS-01、电源模块构建无线传感器网络，通过RS232串口和监控中心通信，使用软件开发平台IAR Embedded Workbench开发Z
2、igBee协议栈，基于ZigBee的无线网络技术以低功耗、低成本、低复杂度等特点受到越来越多企业和个人的青睐。空气质量监测系统特别适合于数据吞吐量小、网络建设投资少、网络安全要求较高、不便频繁更换电池或充电的场合。预计将在消费类电子设备、家庭智能化、工控、医用设备控制、农业自动化等领域获得广泛应用,利用ZigBee技术完成传感器节点和汇聚节点的应用程序，最终能够实现空气质量的监测。关键字：无线传感器；cc2430；DTH90；zigbee技术；空气质量检测ABSTRACTAir quality impact on people is very important, using sensors
3、to detect air quality is now a popular method, this paper introduces the sensor in air quality testing principle, analyzes the advantages and disadvantages of gas sensor, and gas sensor development trend and prospects. The system uses wireless sensor networks to achieve datas collection and transmis
4、sion. Wireless sensor networks are composed of a large number of low-cost micro-sensor nodes which are deployed in the monitoring region, uses wireless communication means to form a multi-hops self-organizing network, with the aim of perception, collection and processing of perceived target informat
5、ion in the network coverage region, and send them to observers.This system uses CC2430 wireless communication module ,temperature and humidity sensor DHT90, air quality sensor QS-01,power module to build wireless sensor networks, and uses RS232 serial port to communicate with monitoring center .Use
6、the software development platform IAR Embedded Workbench to develop ZigBee protocol stack. Based on the ZigBee wireless networking by low characteristics and so on power loss, low cost, low complexity receives more and more many enterprises and individual favor.The ZigBee technology suits specially
7、in the data volume of goods handled small, the network construction invests few, the network security request is high, inconvenient replaces the battery or the charge situation frequently.The estimate in the expense class electronic installation, the family intellectualization, the labor will contro
8、l, medical domains and so on device control, agricultural automation obtains the widespread application These can definitively achieve the purpose of air quality monitoring.Keywords:wireless sensor;CC2430;DTH90;ZigBee technology;air quality testing 目录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1 引言11.2 课题背景和研究意义11.3 无线传感器网
9、络的研究进展21.4 论文的研究内容与组织结构42 无线传感器网络概述62.1 无线传感器网络简介62.2 无线传感器网络体系结构概述62.3 无线传感器网络特点72.4 无线传感器网络应用102.5无线传感器网络关键技术102.6 无线传感器网络拓扑结构123 空气质量监测系统硬件设计163.1 ZigBee技术163.2 系统总体结构设计173.3 传感器节点的硬件设计193.3.1 节点硬件总体结构193.3.2 处理器和无线通信模块HFZCC2430EM22203.3.2 传感器模块223.4 汇聚节点的硬件设计273.4.1 电源模块273.4.2 RS232串口模块284空气质量监
10、测系统软件设计294.1 ZigBee协议294.2 IAR开发环境介绍304.3 传感器节点应用程序设计314.4 汇聚节点应用程序设计335 系统测试与结果分析355.1 测试方案355.1.1 硬件测试355.1.2 温度采集及串口显示测试355.1.3 数据通信测试35参考文献36附录C 部分程序384.2.1原语概念444.2.2建立新网络444.2.3ZigBee设备加入网络过程451 绪论1.1 引言1.2 课题背景和研究意义1.3 无线传感器网络的研究进展无线传感器网络相关的课题，国内也有越来越多的企业开始关注无线传感器网络技术的发展，开始推出针对无线传感器网络及ZigBee的
11、解决方案，而无线网络应用在生活中的研究也是刚刚起步7。目前ZigBee网络的应用范围非常广泛，很多我们想象不到的地方也在使用ZigBee技术。例如，在工业领域，ZigBee技术不仅用来控制照明灯的开关，它还有一个用途是检查高速路上照明灯的工作情况。以前工程师要开车到高速路上检查哪些照片灯已经坏掉了，需要维修，但因为车速较快，不能记下所有要检修灯的编号，但通过ZigBee网络，工程师只需坐在计算机，就可以很清楚地监测到整个高速路上照明灯的工作情况，这是目前的一个热点应用。再如，ZigBee技术用于进出的控制，可以记录汽车的进出，也可以在人员进出时用于传输相关指纹来识别数据，进行身份认证。此外，通
12、过ZigBee网络的路由器功能，它还可以用来实时监控煤矿内各点的安全状况，防止事故的发生。在加油站，一些客户不希望布线，他们正在考虑采用ZigBee无线技术来传输相关数据。在消费类电子方面，ZigBee技术可以替现在的红外遥控，于红外遥控相比，ZigBee的优势在于每一个操作都会有反馈信息，告诉他们是否实现了相关操作。现今我们也可以看到ZigBee用于家庭保安，消费者在家中的门和窗上都安装了ZigBee网络，当有人闯入时，ZigBee可以控制开启室内摄像装置，这些数据再通过Internet或WLAN网络反馈给主人，从而实现报警8。当在家电产品如空调，热水器等安装ZigBee模块后，用户可以通过
13、ZigBee无线网络来控制这些产品的开启。在建筑智能化领域，各种灯光的控制，气体的感应与监测，如煤气泄漏的感应和报警都可以应用ZigBee技术。ZigBee在未来的几年里将在工业控制，工业无线定位，家庭网络，汽车自动化，楼宇自动化，消费电子，医用设备控制等多个领域具有广泛的应用前景，特别是家庭自动化和工业控制，将成为今后ZigBee芯片的主要应用领域。在工业领域，利用传感器和ZigBee网络，使得数据的自动采集，分析和处理变得更加容易，可以作为决策辅助系统的重要组成部分。在汽车领域，主要是传递信息的通用传感器。由于很多传感器只能内置在飞转的车轮或者发动机中，比如轮胎压力监测系统，这就要求内置无
14、线通信设备使用的电池有较长的寿命，同时应该克服嘈杂的环境和金属结构对电磁波的屏蔽效应。在精确农业领域，传统农业主要使用孤立的，没有通信能力的机械设备，主要是依靠人力监测作物的生产状况，采用了传感器和ZigBee网络后，农业将可以逐渐地转向以信息和软件为中心的生产模式，使用更多的自动化，网络化，职能化和远程控制的设备来耕种。在家庭和楼宇自动化领域，家庭自动化系统作为电子技术的集成得以迅速扩展，易于进入，简单明了和廉价的安装成本等成了驱动自动化居家，建筑开发和应用无线技术的主要动因8。在医学领域，将借助于各种传感器和ZigBee网络准确而且实时地监测病人的血压，体温和心跳速度等信息，从而减轻医生的
15、查房的工作负担，有助于医生做出快速的反应，特别是对重病和病危患者的监护和治疗。在消费和家用自动化市场，可以联网的家用设备有电视，录像机，无线耳机，PC外设，运动与休闲器械，儿童玩具，游戏机，窗户和窗帘，照明设备，空调系统和其它家用电器。1.4 论文的研究内容与组织结构研究内容：本论文研究了如何利用传感器检测空气质量及介绍了传感器在空气质量检测方面的原理应用,分析了当前气体传感器的特点,以及气体传感器的发展趋势和前景本包括系统的软硬、件设计及其具体实现，主要研究内容如下。一是，目前我国采用的空气质量监测方法的研究，基于无线传感器网络的空气质量监测系统的研究意义和无线传感器网络的概述，概述包括基本概念、结构、体系结构、特点、应用、关键技术和网络拓扑结构。二是，该系统的硬件设计。该系统采用符合IEEE802.15.4标准的ZigBee无线技术来实现网络中节点间的无线通信。温湿度传感器节点由西安华凡科技有限公司的HFZCC2430EM22模块，温湿度传感器DHT90和两节五号电池组成。气体传感器节点由西安华凡科技有限公司的HFZCC2430EM22模块，空气质量传感器QS-01和5V锂电池组成。研究了HFZCC2430EM22模块的结构、特性和CC2430芯片的内部结构、外在电路
