基于物聯(lián)網(wǎng)的室內(nèi)環(huán)境甲醛監(jiān)控

系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

目錄

第一章緒論.....................................................................0

1.1選題背景..................................................................0

1.2小結(jié)......................................................................0

第二章作品方案設(shè)計..............................................................I

2.1作品方案..................................................................1

2.1.1作品概述............................................................1

2.1.2上位機(jī)軟件設(shè)計及WEB服務(wù)器設(shè)計...................................3

2.1.3網(wǎng)關(guān)設(shè)計............................................................4

2.1.4ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計........................................5

2.2預(yù)期目的.................................................................5

2.3小結(jié)......................................................................6

第三章上位機(jī)與WEB服務(wù)器設(shè)計..................................................6

3.1上位機(jī)軟件設(shè)計...........................................................6

3.1.1功能模塊............................................................8

3.2小結(jié).....................................................................13

第四章網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)收發(fā)軟件設(shè)計.....................................................14

4.1硬件系統(tǒng).................................................................14

4.1.1SIM900A開發(fā)板....................................................14

4.1.2協(xié)調(diào)器.............................................................15

4.2軟件系統(tǒng).................................................................17

4.2.1GPRS模塊程序設(shè)計.................................................17

4.2.3ZigBee協(xié)調(diào)器程序設(shè)計..............................................19

4.3小結(jié).....................................................................20

第五章底層ZigBee節(jié)點軟硬件設(shè)計................................................21

5.1硬件系統(tǒng).................................................................21

5.1.1ZigBee節(jié)點底板電路設(shè)計............................................21

5.1.2甲醉檢測傳感器MS1100-P1II...............................................................................22

5.2軟件設(shè)計................................................................23

5.3小結(jié).....................................................................24

第六章測試和成果分析...........................................................26

6.1測試目的與方案..........................................................26

6.2上位機(jī)軟件測試..........................................................27

6.3網(wǎng)關(guān)測試................................................................28

6.4底層ZigBee網(wǎng)絡(luò)測試.....................................................29

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。甲醛問題己成為全球公共衛(wèi)生關(guān)注日勺焦點。

近年來，家庭裝修成為人們時尚日勺追求，但在美化了居室環(huán)境的同步，也

因諸多裝飾材料中具有毒物質(zhì)，導(dǎo)致室內(nèi)空氣污染，尤其是室內(nèi)甲醛污染更為

嚴(yán)重，對人體的健康導(dǎo)致了極大口勺危害。

因此加強(qiáng)對甲醛污染的監(jiān)測和控制，對于保護(hù)人類平常生活的健康具有要

的埋論意義和實踐意義。除采用常規(guī)措施將其清除外，對存在中醛的環(huán)境及時

通風(fēng)是關(guān)鍵。本項目針對甲醛檢測、開風(fēng)扇或其他排氣裝置進(jìn)行通風(fēng)、報警展

開設(shè)計，稀釋甲醛濃度，使其到達(dá)容許濃度，同步報警，提醒人們注意健康。

當(dāng)然，本系統(tǒng)不僅僅只是合用于家庭室內(nèi)，也合用于生產(chǎn)裝演材料、家俱廠等

場所。

1.2小結(jié)

結(jié)合以上所述，研究一套低成木，高效率的甲醛監(jiān)控系統(tǒng)，對于處理家庭

室內(nèi)環(huán)境甲醛濃度監(jiān)測難、不好控制、保障人們平常生活安全具有重要意義,

同步也具有很大日勺市場前景和現(xiàn)實意義。

第二章作品方案設(shè)計

本章詳細(xì)簡介了基于室內(nèi)環(huán)境甲醛監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計框架與流程，包括上位機(jī)

軟件及WEB服務(wù)器的設(shè)計措施、網(wǎng)關(guān)的設(shè)計過程以及底層ZigBce無線傳感器

網(wǎng)絡(luò)口勺有關(guān)設(shè)計方案。

2.1作品方案

2.1.1作品概述

作品總體由3層網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成：底層為無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，中層為GPRS網(wǎng)絡(luò)，

上層為Internet網(wǎng)絡(luò)。底層和中層通過無線網(wǎng)關(guān)連接，中層和上層則運(yùn)用GPRS

網(wǎng)絡(luò)交互信息。

底層無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由基于ZigBee無線通訊協(xié)議傳感器節(jié)點構(gòu)成。ZigBee

技術(shù)作為一種新興口勺無線通信技術(shù)，具有微功耗、低成本、自組網(wǎng)和節(jié)點布置

靈活等特點，非常適合在多點監(jiān)測、無人值守的環(huán)境監(jiān)控中應(yīng)用。

中層GPRS網(wǎng)絡(luò)由各網(wǎng)關(guān)節(jié)點構(gòu)成，完畢傳感器節(jié)點的信息交匯、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)構(gòu)成，上位機(jī)作為顧客對室內(nèi)環(huán)境甲醛監(jiān)測數(shù)據(jù)

進(jìn)行實時查看，保證室內(nèi)時刻安全正?！??？傮w構(gòu)造圖如2-1所示。

圖2-1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)計及WEB服務(wù)器設(shè)計

上位機(jī)采用HTML、Css、JavascriptMySQL、PHP編寫口勺網(wǎng)站，運(yùn)行于

Windows系統(tǒng)，連接數(shù)據(jù)庫服務(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2-2上位機(jī)軟件構(gòu)造框圖

數(shù)據(jù)接受部分運(yùn)用TCP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供了與Internet日勺原則接口，簡化了

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)軟件的關(guān)鍵

部分，提供了友好的圖形顧客界面、直觀展示網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)造、節(jié)點參數(shù)曲線對

比，并提供安卓APP下載功能，顧客通過下載APP,無論身在何處，即

可時刻查詢有關(guān)甲醛濃度數(shù)據(jù)，快捷以便，而在WEB服務(wù)器方面，則通過

AppServ配置系統(tǒng)環(huán)境，搭建ApacheWEB服務(wù)器，配置MySQL數(shù)據(jù)庫以及

PHP解釋器"L選用PHP語言開發(fā)WEB服務(wù)器程序，連接數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，實

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

ZigBee節(jié)點采集的數(shù)據(jù)要想通過GPRS網(wǎng)絡(luò)上傳至Internet遠(yuǎn)程服務(wù)器，實

現(xiàn)ZigBce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)作為無線傳感器網(wǎng)

絡(luò)日勺關(guān)鍵器件，其性能直接關(guān)系到整體系統(tǒng)日勺穩(wěn)定性，實用性，強(qiáng)健性。由于

設(shè)計開發(fā)日勺網(wǎng)關(guān)針對日勺是數(shù)據(jù)傳播量少的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，故接受環(huán)境參數(shù)可選用

串口接口。網(wǎng)關(guān)接受ZigBee數(shù)據(jù)，解析處理后，經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)至Inlernet,

因此網(wǎng)關(guān)兼具TCP/IP協(xié)議”21,以便數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)。網(wǎng)關(guān)構(gòu)造框圖，如圖2-3所

Zj\O

Zigbee協(xié)調(diào)器:;---Sim900模塊（----------上位機(jī)顯示

圖2-3網(wǎng)關(guān)硬件構(gòu)造框圖

網(wǎng)關(guān)采用了重慶DQ電子的SIM900A開發(fā)板，此開發(fā)板集成了SIM900A

GSM功能通信模塊，多種接口如2.4G模塊接口等等，對于物聯(lián)網(wǎng)日勺開發(fā)提供

了很大的便利條件。開發(fā)板上使用的SIM900A模塊設(shè)計成熟，市場使用率高，

性能穩(wěn)定可靠，其雙頻段適合在國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境使用。SIM900A支持AT指令，

包括短信，語音數(shù)據(jù)傳播，同步內(nèi)置TCP/IP協(xié)議，與Internet廣域網(wǎng)無縫對接。

ZigBee協(xié)調(diào)器采用的是丘捷的ZigBee關(guān)鋌板和自主設(shè)計日勺底板。通過串口

與32位單片機(jī)開發(fā)板相連實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳播。協(xié)調(diào)器在ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)中起組建

網(wǎng)絡(luò)，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)管理口勺作用。

2.1.4ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)日勺設(shè)計

底層的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由眾多H勺ZigBee數(shù)據(jù)采集節(jié)點構(gòu)成。節(jié)點

采用TI企業(yè)的Zs-tack無線數(shù)據(jù)傳播協(xié)議，實現(xiàn)自組網(wǎng)與數(shù)據(jù)傳播。

ZigBee節(jié)點采用丘捷日勺基于cc2530的射頻模塊，底板為自主設(shè)計制作。

2.2預(yù)期目的

根據(jù)作品規(guī)定，室內(nèi)環(huán)境甲醛監(jiān)控系統(tǒng)，需要實現(xiàn)如下功能：

(1)設(shè)計上位機(jī)軟件實現(xiàn)對種家居室內(nèi)的實時環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行實時查看，

保證整個環(huán)境處在安全狀態(tài)；并提供二維碼生成功能，生成對應(yīng)日勺二維碼提供

應(yīng)消費(fèi)者進(jìn)行掃描，掃描后即可下載對應(yīng)APP,通過查看實時參數(shù)。

(2)開發(fā)WEB服務(wù)器，支持多客服端訪問；

(3)sim900GPRS模塊與ZigBee協(xié)調(diào)器構(gòu)成硬件平臺；

(4)實現(xiàn)ZigBee底層節(jié)點組網(wǎng)，采集數(shù)據(jù)并上傳；

(5)實現(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)日勺整體調(diào)試與測試。

2.3小結(jié)

方案設(shè)計是設(shè)計系統(tǒng)的一種重要環(huán)節(jié)，將項目日勺任務(wù)規(guī)范化，列出所要完

畢日勺所有工作，在后期項目制作的時候可以極大提高效率，使得項目開發(fā)工作

有條不紊，也可以讓開發(fā)日勺成本降到最低，設(shè)計之初即考慮好多種硬件模塊的

性價比。

第三章上位機(jī)與WEB服務(wù)器設(shè)計

3.1上位機(jī)軟件設(shè)計

作品上位機(jī)采用HTML、CsssJavascript.MySQL、PHP編寫口勺網(wǎng)站，該

上位機(jī)軟件由數(shù)據(jù)接受，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)管理三部分構(gòu)成，并形成了前臺信息

展示和后臺數(shù)據(jù)管理兩大模塊。數(shù)據(jù)接受部分運(yùn)用TCP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供了與

Internet的原則接口，簡化了ZigBee網(wǎng)絡(luò)采集環(huán)境參數(shù)接受以及控制信息傳遞;

數(shù)據(jù)處理則是系統(tǒng)上位機(jī)軟件的關(guān)鍵部分，提供圖形顧客界面、直觀展示節(jié)點

參數(shù)曲線對比，并提供二維碼生成功能，生成對應(yīng)H勺二維碼提供應(yīng)消費(fèi)者進(jìn)行

掃描，掃描后即可生成連接，下載對應(yīng)APP,隨時隨地查詢家居環(huán)境甲醛濃

度；數(shù)據(jù)保留部分重要針對數(shù)據(jù)保留查詢處理等工作，亦可將數(shù)據(jù)導(dǎo)出為表格

文獻(xiàn)，以便對數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)分析。試驗成果表明：所開發(fā)的上位機(jī)軟件具有良

好H勺穩(wěn)定性、完善日勺功能性和便捷的人機(jī)接口等長處，實現(xiàn)了對多種傳感數(shù)據(jù)

和系統(tǒng)數(shù)據(jù)口勺有效組織與管理。

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)接受，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)管理三個部分構(gòu)成，并形成

了前臺信息展示、后臺數(shù)據(jù)管理兩大模塊，同步每個模塊即為一種單獨日勺線程，

保證監(jiān)測系統(tǒng)強(qiáng)健性；每個模塊完畢對應(yīng)功能，互相聯(lián)絡(luò)。

數(shù)據(jù)處理部分為上位機(jī)關(guān)鍵部分，負(fù)責(zé)所有日勺可視化操作。上位機(jī)軟件總

體功能，如圖3-1所示。

上位機(jī)

手機(jī)APP

圖3-1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、實時數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)數(shù)查詢，和設(shè)備管理功

能模塊構(gòu)成四大功能模塊。

(1)賬戶管理

賬戶管理是為顧客提供日勺一種以便快捷的管理界面，包括基本功能顧客名

更改,登入密碼更改，綁定、郵箱等，其中最為重要的是APIKEY生成功

能，APIKEY是該上位機(jī)平臺識別底層設(shè)備的一種序號，通過該序號即可精確

日勺識別室內(nèi)不一樣房間，如臥室、廚房、客廳、衛(wèi)生間等分布在不一樣地方的

傳感器。如圖3—2所示為賬戶管理界面。

用戶名：

zlf

用戶芻不可修改

APIKEY:

41291d9b-1326-4a9c-Cf51-010c8c00coa5

APIKEY不可修改

用戶姓名：

電子郵件地地：

zlf_93@yahoo.com

QQ號:

圖3-2賬戶管理界面

（2）實時數(shù)據(jù)顯示

實時數(shù)據(jù)顯示界面重要功能是顯示目前時刻節(jié)點發(fā)送過來H勺數(shù)據(jù)，通過該

數(shù)據(jù)可以實時查詢室內(nèi)甲醛濃度，以便快捷如圖3?3所示。

設(shè)都IB號：16,傳酶器號：28

T歷史數(shù)據(jù)

^|20150605T13:4621

130

1^12015-06-05113:4636

131

12015-06-05113:46:51

104

|20150605113:4706

105

1^12015-06-05113:4721

圖3-3實時數(shù)據(jù)顯示頁面

（3）歷史數(shù)據(jù)數(shù)查詢

通過歷史記錄功能，顧客可以查詢前一種月內(nèi)節(jié)點發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，以便

對大量的實測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，如圖3-4所示。

時間跨度

量;近1〃\時

最近3小時

最近12小時

最近1天

最近3天

最近1周

最近1月

-myiiK-nai

圖3-4歷史數(shù)據(jù)數(shù)查詢

(4)設(shè)備管理

設(shè)備管理乂由增長新設(shè)備和對己注冊設(shè)備進(jìn)行管理兩部分構(gòu)成，顧客可以

隨時在原有基礎(chǔ)上增長新增添的傳感器設(shè)備，并進(jìn)行數(shù)據(jù)顯示，以便對對設(shè)備

同步進(jìn)行管理，如圖3-5所示。

q首頁(我的設(shè)備)

添加設(shè)備/《返回

設(shè)鬣名:

英沒缶中心

S3增加設(shè)備做低為必慎應(yīng)

會管理設(shè)備墨記39名字.不祝過衣字符

驚簽TAGS:

博物相住,打造你的物默

網(wǎng),與你就在咫尺之間.

—CodBi

?蛤鼻

WelcometotheCoolBi

InternetofThings!

圖3-5新增設(shè)備

設(shè)備管理界面重要功能就是對己加入設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)日勺描述，詳細(xì)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，通過設(shè)備管理界面，顧客可

以清晰地懂得自己所布置的傳感器設(shè)備的所有信息，如圖3-6所示。

管理設(shè)備/《返回

設(shè)備名稱設(shè)備備汪住置經(jīng)度緯度

圖3-6設(shè)備管理界面

數(shù)據(jù)保留采用MySQL數(shù)據(jù)庫,MySQL是最流行日勺關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),

它是一種關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)走管理系統(tǒng)，關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)保留在不一樣H勺表中，而不

是將所有數(shù)據(jù)放在一種大倉庫內(nèi)，這樣就提高了速度并增長了靈活性。MySQL

所使用的SQL語言是用于訪問數(shù)據(jù)庫的最常用原則化語言。

上位機(jī)軟件系統(tǒng)通過PHP技術(shù)針對網(wǎng)絡(luò)上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，導(dǎo)出存儲在

MySQL口勺數(shù)據(jù)并進(jìn)行整合生成動態(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)重要任務(wù)是數(shù)據(jù)時接受，數(shù)據(jù)的解析。通過網(wǎng)關(guān)上傳到服務(wù)

器，存儲到數(shù)據(jù)庫中，運(yùn)用數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，生成對應(yīng)的折線圖，將節(jié)點開始監(jiān)

測n勺數(shù)據(jù)到目前監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，使顧客能實時觀測到室內(nèi)環(huán)境甲醛濃度

信息，從而減少人工觀測日勺復(fù)雜性和不確定性，如圖3?7所示。

數(shù)（a傳感器/《返回

設(shè)備弱號：13,傳JS器編號：16

com

201S-05-0ST22:12:12>-<2O15-O€-OST22:12:12T協(xié)史效據(jù)

圖3-7環(huán)境甲醛濃度數(shù)據(jù)折線圖

3.2小結(jié)

本章重要簡介了上位機(jī)系統(tǒng)和WEB服務(wù)器的設(shè)計。軟件作為無線傳感器網(wǎng)

絡(luò)系統(tǒng)不可缺乏的一部分，其設(shè)計也關(guān)系到整體系統(tǒng)的可行性。一般軟件設(shè)計

分模塊設(shè)計，并且編寫程序前繪制程序流程圖，程序流程圖相稱于邏輯功能日勺

設(shè)計，根據(jù)流程圖編寫程序，思緒清晰、減小軟件開發(fā)的周期。而WEB服務(wù)

器H勺使用擴(kuò)大了系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，增長了顧客數(shù)量，支持任何入網(wǎng)終端訪問，

提高了無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的使用價值。

第四章網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)收發(fā)軟件設(shè)計

網(wǎng)關(guān)是實現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡(luò)與Internet網(wǎng)絡(luò)互相連接向關(guān)鍵器件。網(wǎng)關(guān)設(shè)計重

要包括三個部分：主處理程序，協(xié)調(diào)器驅(qū)動程序，GPRS模塊驅(qū)動程序。軟件

日勺邏輯對日勺性，穩(wěn)定性是系統(tǒng)實現(xiàn)的關(guān)鍵。

4.1硬件系統(tǒng)

SIM900A開發(fā)板

網(wǎng)關(guān)采用了重慶DQ電子的SIM900A開發(fā)板，此開發(fā)板重要功能偏重于

SIM900A通信模塊的使用，同步具有2.4G模塊接口等，對于物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)提

供了很大的便利條件。開發(fā)板上使用日勺SIM900A模塊是由SIMCOM企業(yè)制造

的雙頻GSM功能模塊，該模塊設(shè)計相對成熟，市場使用率高，性能穩(wěn)定可靠,

其雙頻段適合在國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境使用。SIM900A的重要功能有：語音通話、短信

收發(fā)、GPRS網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)收發(fā)（可無線透傳）。

SIM900A使用串口與外部控制設(shè)備相連接，使用原則和擴(kuò)展AT指令集來

控制模塊，在使用上十分以便。SIM900A開發(fā)板可以完畢短信收發(fā)，無線上網(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

與接功能，顧客不必理解SIM900A模塊的PCB板，只要熟悉模塊的AT指

令系統(tǒng)，即可進(jìn)行對應(yīng)的應(yīng)用開發(fā)，以縮短顧客的研發(fā)周期。作為一種終端產(chǎn)

品它內(nèi)置了無線GSM/GPRS通信模塊，集成了原則的RS232接口以及SIM

卡，電源可以用5-12VDC也可以用USB取電，可以用AT命令通過串口

對它進(jìn)行設(shè)置。這使它在聲音和數(shù)據(jù)通訊上成為一種通用的GSM/GPRS三頻

終端產(chǎn)品。SIM900A功能模塊目前應(yīng)用非常廣泛，像在物流追蹤、實時監(jiān)控、

遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互等諸多無線通訊領(lǐng)域都非常合用。

4.1.2協(xié)調(diào)器

ZigBee協(xié)調(diào)器采用的是我們自主設(shè)計日勺底板。協(xié)調(diào)器通過串口與SIM900A

相連，配對串口波特率實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳播。協(xié)調(diào)器在ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)中起組建網(wǎng)絡(luò)，

維護(hù)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)管理口勺作用，協(xié)調(diào)器如圖4-1所示。

圖4-1協(xié)調(diào)器硬件圖

協(xié)調(diào)器射頻模塊關(guān)鍵處理芯片是CC2530,CC2530是用于2.4-GHz>ZigBee

和RF4CE應(yīng)用的一種真正的片上系統(tǒng)(Soc)處理方案。它可以以非常低的材

料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。CC2530結(jié)合了領(lǐng)先的RF收發(fā)器H勺優(yōu)良性能，

業(yè)界原則的增強(qiáng)型8051CPU,系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存，8-KBRAM和許多其他強(qiáng)

大日勺功能。CC2530有四種不一樣的閃存版本：CC2530F32/64/128/256,分別具

有32/64/128/256KB的閃存。CC2530具有不一樣的運(yùn)行模式，使得它尤其適

應(yīng)超低功耗規(guī)定H勺系統(tǒng)。運(yùn)行模式之間的轉(zhuǎn)換時間短深入保證了低能源消耗

4.2軟件系統(tǒng)

4.2.1GPRS模塊程序設(shè)計

GPRS模塊在無線網(wǎng)關(guān)設(shè)計中起到了至關(guān)重要的作用，運(yùn)用SIM900A模塊

內(nèi)置H勺TCP/IP協(xié)議，設(shè)計了TCP日勺客戶端，系統(tǒng)啟動即綁定上位機(jī)客戶端。

GPRS模塊程序流程圖如圖4-2所示。

收到0K收到‘0K

▼v

發(fā)AT+&FSR

1_______

^AT+CLPORT="TCP"."3028"r

亡收冢oK

N—

▼AT+CIPSTAI<r='TCP，."182

▼發(fā)AT+CLPORT="TCP","3028"

收到oK工.97.236.92","8888"

一收至1：。七1

[Y

▼▼,

發(fā)

收到OK^AT+CSTTAT+CI?SEND

~T

■<收到=二〉

工

發(fā)AT+CSTT收到OK

發(fā)送數(shù)據(jù)

發(fā)AT+CI1CR結(jié)束

圖4-2GPRS程序控制流程圖

按照上圖發(fā)送H勺命令次序，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FI勺是最終在輸入發(fā)送數(shù)據(jù)之前收到的是字符，而不是OK字樣。

根據(jù)SIM900A自帶的指令完畢網(wǎng)絡(luò)(TCP)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。

發(fā)送的命令格式和次序為：

(1)/YT+CIPCSGP=1,,'cmnetu

CMNET是ChinaMobileNel日勺縮寫，它是中國移動GPRS網(wǎng)絡(luò)日勺接入點日勺

名稱(AccessPointName,縮寫APN),通過CMNET可以獲得完全的Internet

訪問權(quán)，并且提供NAT服務(wù)。CMNET、CMWAP都是上網(wǎng)使用日勺接入點的

名稱。通過CMNET可以獲得完全口勺Internet方間權(quán)，通過CMWAP只能訪問

WAP網(wǎng)站，不過CMWAP使用代理協(xié)議和WAP網(wǎng)關(guān)協(xié)議可以訪問到

Internet,而CMNET則合用于所有協(xié)議，它也是原則日勺TCP/IP協(xié)議［⑸。

(2)AT+CLPORT=nTCP","3028"〃端口號可以隨便設(shè)置

⑶AT+CSTT〃開始工作

(4)AT+CIICR〃激活GPRS連接

(5)AT+CIFSR〃查看夢網(wǎng)分派的內(nèi)網(wǎng)1P

(6)AT+CIPSTART=,,TCP\"222.73.22.204",“8080”//連接遠(yuǎn)端接受端

其中222.73.22.204為上位機(jī)H勺公網(wǎng)IP地址，8080為連接所用端口號。(其

中上位機(jī)的IP地址必須是外網(wǎng)IP才能接受SIM900A發(fā)過來口勺數(shù)據(jù)，外網(wǎng)IP

可以通過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［沒有試驗

過］)CONNECTOK〃連接成功返回connectOK字樣。

(7)AT+CIPSEND//啟動發(fā)送,Helloeveryone!(待發(fā)送內(nèi)容)

0x1a(發(fā)送內(nèi)容必須是0x1a結(jié)尾)，返回SENDOK〃發(fā)送成功

senddata(QByteArray)為發(fā)送函數(shù)，詳細(xì)實現(xiàn)SIM900A控制與數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。

voidWidget;;seuddala(QByleAnaydaliislr)

Inilsenddata();〃發(fā)送AT+CIPSEND之前的命令

SendCMD(_CIPSEND);〃發(fā)送AT+CIPSEND

SIM900A->write(datastr);

charch[l];

ch[()]=()xla;

SIM900A->write(ch,1);〃發(fā)送回車

//SIM9O3A->wrile(0xla);

}

ZigBee協(xié)調(diào)器程序設(shè)計

協(xié)調(diào)器在ZigBee無線傳感器網(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)點日勺網(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。

開始

圖4-3ZigBee協(xié)調(diào)器程序流程圖

4.3小結(jié)

本章重要簡介了網(wǎng)關(guān)日勺設(shè)計。由于硬件都是采用已經(jīng)有的開發(fā)板和模塊，

因此網(wǎng)關(guān)的工作重點就體目前軟件設(shè)計。編程重要是對CC2530進(jìn)行應(yīng)用編程,

網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)了兩個異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)口勺連接，完畢數(shù)據(jù)口勺實時轉(zhuǎn)發(fā)，經(jīng)試驗表明滿足無線

傳感器網(wǎng)絡(luò)日勺規(guī)定。

第五章底層ZigBee節(jié)點軟硬件設(shè)計

5.1硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)重要對ZigBee節(jié)點底板的設(shè)計過程以及所采用的各個傳感器進(jìn)行

詳細(xì)的簡介。

5.1.1ZigBee節(jié)點底板電路設(shè)計

ZigBee節(jié)點底板電路重要包括口勺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)計原理圖如圖5-1所示。

圖5-1ZigBee節(jié)點底板電路設(shè)計原理圖

電源電路重要是為了給CC2530射頻板提供3.3V的電源，以及給傳感器提

供5V日勺穩(wěn)定電源。其中使用了MCP1700-5.0和MCP1700-3.3穩(wěn)壓芯片，分別

用來提供5伏和3.3伏H勺電源【⑹。

擴(kuò)展接口電路是將CC2530芯片日勺某些引腳擴(kuò)展出來，用來接傳感器或者

NMOS控制模塊。這里擴(kuò)展的引腳有P0.0,P0.1,P1.0,Pl.l,P1.2五個弓I腳。

指示燈電路有萌個指示燈，其亮滅皆可由程序控制。其中一種LED燈用來

指示電源，另一種用來指示數(shù)據(jù)H勺發(fā)送。

ZigBee節(jié)點底板電路PCB如圖5-2所示。

0000000D000

H2CT/WH3CL/Cz6>

圖5-2ZigBee節(jié)點底板電路PCB

5.1.2甲醛檢測傳感器MS1100-P111

MSI100-Pl11傳感器模塊選用MSI100為關(guān)鍵傳感器探頭，MSI100是一款

原裝進(jìn)口的半導(dǎo)體式VOC氣體傳感器，具有極高的敏捷度和穩(wěn)定性，可以偵

測O.lppm以上的氣體，合用于檢測空氣中的甲醛、苯、二甲苯等多種有機(jī)揮

發(fā)成分，同步具有體積小巧、價格廉價、響應(yīng)速度，改傳感器廣泛應(yīng)用于通風(fēng)

機(jī)，空氣過濾器、風(fēng)帽、排風(fēng)罩以及小家電等多種需要進(jìn)行空氣治理口勺電器設(shè)

備上，可以很好日勺協(xié)助提高室內(nèi)生活環(huán)境質(zhì)量。

旨號扉

示燈

圖5-3甲醛監(jiān)測傳感器

5.2軟件設(shè)計

軟件設(shè)計重要是對ZigBee節(jié)點日勺程序設(shè)計。軟件設(shè)計是實現(xiàn)基于“魚菜共

生”的微裝置及監(jiān)控可溯源系統(tǒng)日勺重要構(gòu)成部分。整個系統(tǒng)的軟件開發(fā)是建立在

TI企業(yè)Z-Stack的基礎(chǔ)上進(jìn)行日勺口。ZigBee節(jié)點需要實現(xiàn)傳感數(shù)據(jù)日勺采集與上

傳，另首先還接受各傳感器節(jié)點發(fā)來日勺數(shù)據(jù)并轉(zhuǎn)發(fā)給協(xié)調(diào)器。該部分軟件重要

包括設(shè)備初始化、節(jié)點加入網(wǎng)絡(luò)、無線數(shù)據(jù)收發(fā)和處理等程序。節(jié)點日勺網(wǎng)絡(luò)通

信功能比較簡樸。程序流程圖如圖5-4所示。

結(jié)束：

圖5-4ZigBee節(jié)點日勺程序流程圖

5.3小結(jié)

本章重要講解了底層ZigBee節(jié)點軟硬件設(shè)計。底層ZigBee網(wǎng)絡(luò)是整個系

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)點監(jiān)視一定范圍內(nèi)的環(huán)境，接受信號進(jìn)行數(shù)據(jù)

處理和通信。經(jīng)測試ZigBee節(jié)點可以與協(xié)調(diào)器相連組網(wǎng)。節(jié)點可以正常采集傳

感數(shù)據(jù)并上傳。

第六章測試和成果分析

系統(tǒng)的設(shè)計開發(fā)包括網(wǎng)關(guān)軟件設(shè)計和上位機(jī)系統(tǒng)的調(diào)試分析，其中系統(tǒng)的調(diào)試分

析難度最大，耗時最多，也是最關(guān)鍵的一步。前幾章分別簡介了上位機(jī)系統(tǒng)、網(wǎng)關(guān)軟

件設(shè)計以及底層ZigBee網(wǎng)絡(luò)，本章將簡要簡介本系統(tǒng)口勺調(diào)試和成果分析。

6.1測試目的與方案

6.1.1試驗?zāi)咳丈?/p>

(1)測試上位機(jī)軟件的穩(wěn)定性；

(2)測試上位機(jī)軟件功能；

(3)測試WEB網(wǎng)頁F向功能；

(4)測試網(wǎng)關(guān)功能；

(5)測試底層ZigBee網(wǎng)絡(luò)時數(shù)據(jù)采集功能。

6.1.2試驗方案設(shè)計

目前，本作品在實際室內(nèi)環(huán)境來監(jiān)測本套系統(tǒng)性能。描述如下：在室內(nèi)環(huán)境里布

署4個傳感器節(jié)點，一種網(wǎng)關(guān)，以及對應(yīng)的控制器件。傳感器節(jié)點分別對室內(nèi)客廳、

廚房、臥室以及衛(wèi)生間進(jìn)行實時、自動監(jiān)測，傳感器節(jié)點以無線方式構(gòu)成感知網(wǎng)絡(luò)

(WSN)o網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)WSN與Internet/GSM之間的透明互聯(lián)。多種傳感數(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Inten】ct/GSM,再經(jīng)Internet/GSM傳送到顧客

的任務(wù)管理節(jié)點（即上位機(jī)）。

6.2上位機(jī)軟件測試

打開上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件。首先彈出的是軟件日勺登錄界面，上位機(jī)監(jiān)控軟件必須

得是顧客才能進(jìn)入。顧客登入后，即可查詢有關(guān)數(shù)據(jù)，其顯示界面如圖6-1所示。

數(shù)值傳臉