第3章基于ZigBee的人員定位系統(tǒng)硬件電路設(shè)計3.1CC2530F256單片機最小系統(tǒng)電路設(shè)計基于ZigBee的人員定位監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計選用的主控模塊是CC2530F256單片機，該單片機采用先進的能源管理技術(shù)，能夠在保證性能的同時降低功耗。它支持多種低功耗模式，可根據(jù)實際需求調(diào)整功耗水平，從而延長電池壽命。該單片機的主頻最高達32MHz，能夠處理相對復(fù)雜的控制任務(wù)，具有豐富的外設(shè)資源，成本較低。顯示模塊與單片機之間通過接口和引腳連接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的便捷傳輸、顯示以及實時更新。由于單片機需要處理整合來自多個傳感器模塊的數(shù)據(jù)信息，因此其內(nèi)部存儲空間設(shè)計得相當(dāng)大。CC2530F256單片機引腳圖如圖3-1所示。圖3-1CC2530F256單片機引腳圖3.2顯示接口電路設(shè)計本設(shè)計利用0.96英寸OLED顯示屏構(gòu)建人機交互界面，硬件部分借助四線制SPI通信方式跟主控芯片相連接，系統(tǒng)采用3.3V電源為顯示模塊輸送電力，還在電源端增設(shè)兩組容量不同的濾波電容，來消除電壓波動對顯示效果的干擾，于通信線路所處空間中，時鐘信號線跟數(shù)據(jù)信號線分別接至主控芯片的特定輸出端口，復(fù)位引腳以及數(shù)據(jù)指令切換引腳調(diào)整為高低電平控制模式。顯示模塊內(nèi)部整合了電壓轉(zhuǎn)換電路，可直接憑借系統(tǒng)電源驅(qū)動屏幕發(fā)光單元，電路板設(shè)計時聚焦優(yōu)化信號傳輸質(zhì)量，采用縮短信號線距離、保持線路長度相等以及在敏感信號區(qū)域設(shè)置接地屏蔽層等方式，切實降低信號受干擾的風(fēng)險，軟件范疇采用定時刷新的機制，每秒就把屏幕上的定位坐標(biāo)、環(huán)境數(shù)據(jù)和警示標(biāo)識等信息更新一次，若處于無操作時段，就自動關(guān)閉顯示節(jié)省電能，整套方案采用優(yōu)化接口配置及電源管理策略的方式，在讓實時信息可視化的同時極大降低系統(tǒng)能耗，滿足定位監(jiān)測設(shè)備對界面友好程度與續(xù)航時長的綜合需求，從圖3-2中可看出。圖3-2顯示接口電路圖3.3溫濕度接口電路設(shè)計本設(shè)計借助DHT11溫濕度傳感器構(gòu)建環(huán)境參數(shù)采集系統(tǒng)，其硬件方案核心圍繞單總線通信和節(jié)能特性做規(guī)劃，供電模塊采用與主控芯片一起用的3.3V直流電源，采用并聯(lián)100nF陶瓷電容和10μF電解電容的方式形成濾波電路，能有效抑制電源干擾，維持電壓穩(wěn)定。數(shù)據(jù)傳輸線借助4.7kΩ電阻連接到控制器P2.0端口，該端口設(shè)置采用特定輸入輸出模式，采用單線通信協(xié)議完成雙向數(shù)據(jù)傳輸，系統(tǒng)開始工作之際，控制器最先發(fā)出持續(xù)時間超出18毫秒的低電平啟動信號，而后傳感器返回的40位數(shù)據(jù)包包含濕度、溫度及校驗數(shù)值。為加大抗干擾能力，傳感器金屬外殼跟電路板接地層做直接連接，同時在軟件環(huán)節(jié)添加10毫秒延時檢測機制防止信號出現(xiàn)沖突，就節(jié)能優(yōu)化而言，設(shè)置傳感器每隔30分鐘執(zhí)行一次數(shù)據(jù)收集的間歇工作模式，配合控制器的休眠功能，極大降低整體能耗，采用精簡電路元件并優(yōu)化通信流程的方式，該方案在維持溫濕度測量精度的同時，成功實現(xiàn)無線傳感網(wǎng)絡(luò)終端對環(huán)境參數(shù)持續(xù)監(jiān)測的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計呈現(xiàn)如圖3-3所示。圖3-3溫濕度接口電路圖3.4煙霧接口電路設(shè)計本設(shè)計依靠MQ-2煙霧傳感器搭建起氣體檢測系統(tǒng)，硬件設(shè)計聚焦于功能模塊整合和節(jié)能優(yōu)化工作：系統(tǒng)采用5V的直流電源進行供電，采用3.3V穩(wěn)壓模塊為傳感器加熱單元供給穩(wěn)定的電壓，加熱回路采用可調(diào)電阻和固定電阻相組合的調(diào)節(jié)電路，實現(xiàn)對靈敏度的調(diào)整，同時保證約20秒的預(yù)熱準(zhǔn)備時間；傳感器模擬輸出的信號經(jīng)阻容濾波單元把干擾消除后，接入主控芯片對應(yīng)模擬信號采集的端口，通過內(nèi)置高精度模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，以每秒500次的采樣頻次，把0-3.3V的電壓信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字?jǐn)?shù)值，對應(yīng)可實現(xiàn)300至10000ppm濃度范圍的檢測；傳感器檢測單元借助負(fù)載電阻把電流信號變換為電壓信號，保證輸出范圍與主控芯片輸入要求相吻合；系統(tǒng)專門設(shè)置了電源控制單元，依靠主控芯片的通用輸出端口連接晶體管開關(guān)，以周期性形式控制傳感器供電狀態(tài)，切實降低設(shè)備運行時的能耗；整體方案采用信號凈化處理辦法、動態(tài)電源管理措施和硬件接口匹配手段，保障氣體濃度檢測結(jié)果的可靠性，同時兼顧主控芯片在環(huán)境監(jiān)測及無線通信功能協(xié)同配合的需要，該電路設(shè)計在確保測量精度這一基礎(chǔ)上，做到了硬件資源的合理規(guī)劃與系統(tǒng)功耗的有效掌控，從圖3-4可以看出。圖3-4煙霧接口電路圖3.5甲烷接口電路設(shè)計本設(shè)計憑借MQ-4甲烷傳感器搭建氣體檢測系統(tǒng)，重點對信號采集及節(jié)能控制做優(yōu)化，電源部分采用5V的直流電源，經(jīng)由穩(wěn)壓芯片向傳感器輸送穩(wěn)定電壓，加熱模塊借助限流電阻、濾波電容保證工作電流為150mA，設(shè)定48秒預(yù)熱時長讓傳感器充分激活。信號處理部分采用濾波電路消除干擾，借助分壓電阻把傳感器輸出的0-5V電壓線性調(diào)節(jié)成適合單片機處理的0-3.3V范圍，接入主控芯片的模擬信號通道實施數(shù)字化轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)依靠MOS管控制傳感器間歇性地工作，配合低功耗設(shè)計把平均電流降到5mA以下。于電路板布局中對模擬和數(shù)字信號路徑進行隔離，采用星型接地和去耦電容抑制干擾，從軟件層面將滑動濾波和溫濕度補償算法融合以修正傳感器數(shù)據(jù)，經(jīng)由無線通信模塊把檢測結(jié)果實時傳輸，該方案在維持甲烷濃度檢測精度的基礎(chǔ)之上，實現(xiàn)了檢測設(shè)備低功耗及緊湊型的設(shè)計愿景，從圖3-5中可見。圖3-5MQ-4接口電路圖3.6蜂鳴器驅(qū)動電路設(shè)計蜂鳴器驅(qū)動電路的核心組件有蜂鳴器、PNP型晶體管，還增添一個1KΩ的電阻，主控器PB5引腳經(jīng)1KΩ電阻與晶體管的基極相連接，以達成控制信號的轉(zhuǎn)送，當(dāng)電信號進入驅(qū)動的電路時，它會誘發(fā)晶體管產(chǎn)生高頻振蕩，進而輸出對應(yīng)頻率的交流電流至蜂鳴器，進而帶動蜂鳴器發(fā)出聲響。要是晶體管接收到低電平信號，它會達成導(dǎo)通狀態(tài)，集電極的電壓跟著下降，讓蜂鳴器里有電流流過，進而產(chǎn)生磁場，作用到其內(nèi)部的振片上，振片隨后振動且發(fā)出聲音，要是晶體管接收到高電平信號，集電極處電壓上升，蜂鳴器中無電流的流動，于是結(jié)束發(fā)聲，該機制保證了蜂鳴器可依據(jù)輸入信號的狀態(tài)發(fā)聲或靜音，蜂鳴器電路設(shè)計如圖3-6所示。圖3-6蜂鳴器驅(qū)動電路圖3.7本章小結(jié)本章重點詳細(xì)說明煤礦環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)當(dāng)中各模塊與電路設(shè)計的關(guān)鍵內(nèi)容，在著手硬件設(shè)計的階段，詳細(xì)剖析各個硬件模塊電路的組成，用心挑選契合需求的組件型號，并細(xì)致研討它們各自的特點與所需達成的功能，為讓硬件設(shè)計既精準(zhǔn)又高效，對各個元器件的設(shè)計方案以及型號選擇都進行了嚴(yán)格比較與篩選，正是借助這樣嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度與認(rèn)真的工作，才得以順利把整個硬件設(shè)計任務(wù)完成。

第四章ZigBee軟件流程設(shè)計4.1ZigBee終端節(jié)點軟件流程設(shè)計4.1.1顯示程序流程設(shè)計OLED顯示程序流程設(shè)計從終端節(jié)點完成上電啟動后，先完成OLED屏幕硬件的初始化，接著加載預(yù)先準(zhǔn)備好的字體庫與圖標(biāo)資源，之后進入主循環(huán)，一直監(jiān)測傳感器數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，程序優(yōu)先采集DHT11傳感器的溫濕度值和MQ-2/MQ-4氣體的濃度數(shù)值，同時接收協(xié)調(diào)器借Zigbee網(wǎng)絡(luò)下發(fā)的實時定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)，把上述信息按照預(yù)設(shè)格式開展數(shù)據(jù)融合處理。顯示界面采用的是分層布局設(shè)計法：頂部的狀態(tài)欄能動態(tài)展示網(wǎng)絡(luò)信號強度以及SOS緊急狀態(tài)標(biāo)識，主顯示區(qū)左半部分把溫度、濕度、甲烷濃度參數(shù)及其單位符號顯示出來，右半部分始終顯示終端節(jié)點在直角坐標(biāo)系里的X/Y坐標(biāo)數(shù)值，底部功能區(qū)依靠圖標(biāo)動畫反饋LED照明狀態(tài)及按鍵操作的響應(yīng)情況。若檢測到環(huán)境參數(shù)超過上位機設(shè)定的安全臨界值時，屏幕中央彈出閃爍警示圖標(biāo)，緊接著觸發(fā)顯示鎖定機制維持告警的可見度，當(dāng)接收到用戶按鍵操作的指令，立刻更新對應(yīng)功能狀態(tài)的顯示樣式，要是出現(xiàn)異常斷網(wǎng)現(xiàn)象，自動切換到離線模式，在坐標(biāo)顯示區(qū)疊加通信中斷提示符號，具體程序流程圖的具體展示如圖4-1所示。圖4-1OLED顯示控制流程設(shè)計圖4.1.2溫濕度程序流程設(shè)計終端節(jié)點啟動后初始化DHT11傳感器GPIO引腳并配置單總線通信時序，隨后進行周期性觸發(fā)溫濕度數(shù)據(jù)采集，每次檢測時主控芯片向傳感器發(fā)送開始信號并切換為輸入模式等待響應(yīng)，成功接收數(shù)據(jù)后通過CRC校驗驗證有效性，校驗失敗則丟棄數(shù)據(jù)10ms后重測，校驗通過后將二進制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為物理量值，處理后的數(shù)據(jù)存入臨時緩存區(qū)，與MQ系列氣體濃度數(shù)據(jù)打包為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)幀，通過Zigbee模塊發(fā)送至協(xié)調(diào)器的同時調(diào)用OLED顯示接口更新當(dāng)前溫濕度數(shù)值，系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測上位機下發(fā)的溫濕度閾值參數(shù)，實時數(shù)據(jù)超閾值時激活本地LED警示燈閃爍并置位異常狀態(tài)標(biāo)志。具體顯示程序流程圖如圖4-2所示。圖4-2溫濕度程序流程圖4.1.3甲烷程序流程設(shè)計甲烷檢測程序流程設(shè)計從終端節(jié)點上電后，首先初始化MQ-4甲烷傳感器的模擬量采集通道并配置ADC模塊的參考電壓與采樣精度，隨后固定周期讀取傳感器輸出電平。每次檢測時，主控芯片啟動ADC轉(zhuǎn)換獲取原始電壓值，連續(xù)采樣三次進行中位濾波后，結(jié)合預(yù)設(shè)的甲烷濃度-電壓特性曲線進行線性插值計算，將電壓值轉(zhuǎn)換為實際甲烷濃度值（單位為ppm），同時根據(jù)環(huán)境溫度補償系數(shù)對結(jié)果進行動態(tài)修正以提高測量精度。處理后的濃度數(shù)據(jù)與校驗碼組合為數(shù)據(jù)包，通過Zigbee網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至協(xié)調(diào)器，并同步更新OLED屏的甲烷濃度顯示頁。當(dāng)上位機下發(fā)的濃度閾值被突破時，立即激活蜂鳴器高頻報警并在數(shù)據(jù)幀中標(biāo)記超限狀態(tài)。流程設(shè)計如圖4-3所示。圖4-3甲烷程序流程圖4.1.4瓦斯程序流程設(shè)計終端節(jié)點上電后初始化MQ-2傳感器模擬輸入引腳及ADC模塊（12位分辨率），建立標(biāo)定曲線查找表，隨后開始周期執(zhí)行檢測任務(wù)，每次檢測時主控芯片啟動ADC連續(xù)采集三次電壓，經(jīng)中值濾波后，通過分段線性插值轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)瓦斯?jié)舛戎担?LEL），數(shù)據(jù)經(jīng)CRC校驗并附時間戳打包后通過Zigbee發(fā)送至協(xié)調(diào)器，同時刷新OLED顯示界面。系統(tǒng)實時比對爆炸下限閾值，超標(biāo)時立即觸發(fā)蜂鳴器脈沖報警、點亮紅色LED并在數(shù)據(jù)幀嵌入緊急標(biāo)志位，持續(xù)10秒超限則激活SOS協(xié)議發(fā)送紅色警報包。瓦斯程序流程設(shè)計如圖4-4所示。圖4-4瓦斯程序流程圖4.2ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點軟件流程設(shè)計ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點軟件流程設(shè)計從設(shè)備上電開始，首先初始化CC2530芯片的ZigBee協(xié)議棧與CH340串口模塊，配置網(wǎng)絡(luò)參數(shù)并建立以自身為原點的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，隨后進入主循環(huán)持續(xù)監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)接入請求。當(dāng)檢測到路由節(jié)點與終端節(jié)點入網(wǎng)時，記錄各節(jié)點的短地址與物理位置信息，通過UART向上位機發(fā)送網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。協(xié)調(diào)器實時接收終端節(jié)點上傳的溫濕度、瓦斯?jié)舛葦?shù)據(jù)包及路由節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)的RSSI定位信息，對RSSI值進行加權(quán)濾波處理后，基于三邊定位算法計算終端節(jié)點的實時坐標(biāo)，將坐標(biāo)數(shù)據(jù)與傳感器數(shù)據(jù)整合為復(fù)合數(shù)據(jù)幀，添加時間戳后通過串口發(fā)送至C#上位機。同時接收上位機下發(fā)的報警閾值參數(shù)與指令，轉(zhuǎn)發(fā)至對應(yīng)終端節(jié)點并監(jiān)控執(zhí)行狀態(tài)，當(dāng)檢測到傳感器數(shù)據(jù)超限或SOS緊急信號時，立即激活本地蜂鳴器報警并向所有節(jié)點廣播預(yù)警指令。系統(tǒng)內(nèi)置數(shù)據(jù)緩存隊列，在網(wǎng)絡(luò)通信異常時暫存最多200條數(shù)據(jù)記錄，每隔5秒向上位機發(fā)送心跳包維持連接狀態(tài)，自動維護設(shè)備在線列表并標(biāo)記離線節(jié)點，所有操作日志與網(wǎng)絡(luò)事件均以ASCII格式存入外部FLASH存儲器，支持通過上位機指令觸發(fā)歷史數(shù)據(jù)批量回傳與系統(tǒng)參數(shù)重置功能。ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點軟件流程設(shè)計如圖4-4所示。圖4-5ZigBee協(xié)調(diào)器節(jié)點軟件流程圖4.3上位機APP工作流程設(shè)計ZigBee上位機APP工作流程設(shè)計從程序啟動、初始化CH340串口通信模塊以及加載歷史配置文件起始，首先搭建起與協(xié)調(diào)器的UART連接，實時接收協(xié)調(diào)器發(fā)送的復(fù)合數(shù)據(jù)幀然后解析，獲取終端節(jié)點的坐標(biāo)、溫濕度、瓦斯?jié)舛扰c設(shè)備狀態(tài)這些信息。主界面采用多線程設(shè)計方案，左側(cè)先動態(tài)繪制二維坐標(biāo)系，再對各ZigBee節(jié)點的實時位置圖標(biāo)加以渲染，右側(cè)面板分區(qū)顯示傳感器數(shù)據(jù)的曲線圖、當(dāng)前報警狀態(tài)的列表以及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的示意圖，當(dāng)察覺到環(huán)境數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)閾值，又收到SOS緊急信號時，即刻引發(fā)聲音報警并彈出閃爍警示框，同時把事件記錄存入SQLite數(shù)據(jù)庫，且生成包含時間戳的日志文件。用戶可以利用參數(shù)設(shè)置界面修改報警閾值、調(diào)整坐標(biāo)顯示的比例以及導(dǎo)出歷史數(shù)據(jù)報表，系統(tǒng)每隔5秒給協(xié)調(diào)器發(fā)送心跳包，以此維持通信鏈路，自動檢測設(shè)備是否離線，在拓?fù)鋱D上標(biāo)記紅色斷線標(biāo)識，一切接收的數(shù)據(jù)經(jīng)校驗后存入內(nèi)存緩沖池，按分鐘為單位把數(shù)據(jù)批量寫入CSV文件，且支持時間范圍檢索與軌跡回放功能，若接收到手動截圖指令，便自動將當(dāng)前界面保存為PNG圖像，然后關(guān)聯(lián)至對應(yīng)時間點的數(shù)據(jù)記錄，異常退出時會自動把未保存數(shù)據(jù)備份，重啟時恢復(fù)到最近的工作情形，圖4-6呈現(xiàn)了ZigBee上位機APP工作流程的設(shè)計。圖4-6上位機程序流程圖4.4本章小結(jié)本章小結(jié)圍繞基于ZigBee的定位及環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)展開論述，系統(tǒng)借助四節(jié)點網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)搭建了完整的無線傳感體系，協(xié)調(diào)器作為網(wǎng)絡(luò)核心，部署在了坐標(biāo)系原點，兩個路由節(jié)點分別把自己固定在X/Y軸端點，以形成定位基準(zhǔn)，移動終端節(jié)點搭載多種類傳感器來實現(xiàn)環(huán)境參數(shù)采集及定位功能。系統(tǒng)以RSSI三邊定位算法結(jié)合直角坐標(biāo)系模型為手段，把信號強度轉(zhuǎn)化為空間里的坐標(biāo)，運用ZigBee協(xié)議達成終端節(jié)點坐標(biāo)數(shù)據(jù)、溫濕度、瓦斯?jié)舛鹊膶崟r遞送，協(xié)調(diào)器把數(shù)據(jù)整合起來，然后經(jīng)串口上傳到上位機，由C#開發(fā)出來的上位機軟件具有動態(tài)坐標(biāo)系渲染、傳感器數(shù)據(jù)可視化、閾值報警及歷史數(shù)據(jù)存儲功能，造就“感知-傳輸-處理-顯示”的全鏈路閉環(huán)格局。各節(jié)點軟件設(shè)計包含了硬件驅(qū)動、數(shù)據(jù)濾波、異常處理與通信協(xié)議范疇，上位機借助多線程架構(gòu)實現(xiàn)數(shù)據(jù)解析和界面交互的同步操作，系統(tǒng)集成了諸如傳感器校準(zhǔn)、離線存儲、故障自診斷的機制，驗證了ZigBee技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測跟人員定位領(lǐng)域的可行程度與實用效果，為后續(xù)工業(yè)場景應(yīng)用鋪就了技術(shù)基礎(chǔ)。

第5章基于ZigBee的煤礦環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)調(diào)試5.1系統(tǒng)硬件測試系統(tǒng)硬件測試主要針對各模塊功能及系統(tǒng)協(xié)同工作性能展開。首先進行ZigBee組網(wǎng)功能測試，給作為協(xié)調(diào)器的CC2530開發(fā)板加電，觀察其是否成功建立ZigBee網(wǎng)絡(luò)，隨后將兩塊路由節(jié)點分別置于直角坐標(biāo)系X軸和Y軸末端并加電，查看路由是否正確加入網(wǎng)絡(luò)，最后給終端節(jié)點加電，確認(rèn)其能否作為盲節(jié)點成功接入網(wǎng)絡(luò)，通過串口助手查看協(xié)調(diào)器是否顯示各節(jié)點加入信息，驗證組網(wǎng)功能正常。定位功能測試時，移動終端節(jié)點，利用RSSI信號距離算法獲取終端與協(xié)調(diào)器、兩路由節(jié)點間的距離，通過定位算法計算坐標(biāo)，觀察OLED12864屏幕是否顯示實時坐標(biāo)，同時查看電腦上位機是否實時顯示各設(shè)備坐標(biāo)值及圖形位置，驗證RSSI直角坐標(biāo)系定位法的有效性。傳感器模塊測試中，使用DHT11溫濕度傳感器和MQ-2、MQ4氣體傳感器采集環(huán)境數(shù)據(jù)，通過終端節(jié)點的OLED屏幕和上位機查看溫濕度、瓦斯及甲烷濃度數(shù)據(jù)，人為改變環(huán)境溫濕度和氣體濃度，測試上位機是否在數(shù)據(jù)超過預(yù)設(shè)閾值時啟動告警功能，蜂鳴器是否正常報警，驗證傳感器采集與告警功能正常。按鍵功能測試時，操作終端節(jié)點的按鍵，觀察LED照明燈能否正常開關(guān)，觸發(fā)SOS緊急呼叫按鍵，查看上位機是否接收到緊急情況通知，驗證按鍵控制功能有效。串口通信測試中，通過CH340串口轉(zhuǎn)USB模塊連接協(xié)調(diào)器與電腦，利用上位機軟件查看數(shù)據(jù)上傳是否穩(wěn)定，是否存在數(shù)據(jù)丟失或亂碼現(xiàn)象，同時測試上位機的數(shù)據(jù)記錄功能是否正常。整體測試過程中，各硬件模塊功能均能按設(shè)計要求正常工作，ZigBee網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，定位坐標(biāo)計算準(zhǔn)確，傳感器數(shù)據(jù)采集與上傳實時可靠，按鍵控制和告警功能響應(yīng)靈敏，系統(tǒng)硬件部分滿足設(shè)計需求。硬件調(diào)試如圖5-1所示。圖5-1硬件測試過程5.2系統(tǒng)軟件測試系統(tǒng)軟件代碼測試以核心功能模塊為中心開展，ZigBee組網(wǎng)測試用來驗證協(xié)調(diào)器建網(wǎng)、路由以及終端節(jié)點入網(wǎng)及通信的穩(wěn)定性，采用串口助手觀察網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)以及節(jié)點表，統(tǒng)計丟包的占比，實施RSSI定位算法測試，在已知坐標(biāo)點部署終端，把計算得到的坐標(biāo)與實際值對比，為優(yōu)化精度而調(diào)整模型參數(shù)。圖5-2硬件代碼調(diào)試過程傳感器數(shù)據(jù)采集測試通過串口輸出驗證終端對數(shù)據(jù)的讀取，上位機實現(xiàn)解析顯示的功能，調(diào)整環(huán)境參數(shù)測試響應(yīng)的靈敏性，閾值告警測試在上位機設(shè)置警戒界限，構(gòu)建超限場景以驗證報警觸發(fā)及日志記錄，進行緊急呼叫測試時按下SOS按鍵，檢查數(shù)據(jù)包是否發(fā)送及上位機報警顯示，上位機功能測試涉及實時展示坐標(biāo)、存儲查詢歷史數(shù)據(jù)及大數(shù)據(jù)量性能驗證，測試表明系統(tǒng)各模塊功能無異常，定位精度滿足既定要求，數(shù)據(jù)采集扎實可靠，告警反應(yīng)迅速，上位機界面親和又穩(wěn)定可靠。圖5-3上位機調(diào)試過程參考文獻夏青,康國華,成婧,等.基于ZigBee的室內(nèi)手持定位系統(tǒng)的設(shè)計[J].四川兵工學(xué)報,2023.夏書娟,苗曙光,李晨晨,等.基于ZigBee的井下巷道人員定位系統(tǒng)[J].洛陽理工學(xué)院學(xué)報:自然科學(xué)版,2023,33(4):64-69.付顏龍,祁靜,王佳雨.基于ZigBee技術(shù)的井下無線定位系統(tǒng)設(shè)計[J].2023(23):40-42.汝彥冬,劉鑫,孫振翔,等.基于ZigBee技術(shù)的煤礦井下人員定位系統(tǒng)設(shè)計[J].2022(4).徐懷芹,黃坤,楊義,等.基于ZigBee的井下定位系統(tǒng)研究與設(shè)計[J].電腦知識與技術(shù)：學(xué)術(shù)交流,2022(004):018.徐懷芹黃坤楊義朱素娜.基于ZigBee的井下定位系統(tǒng)研究與設(shè)計[J].電腦知識與技術(shù):學(xué)術(shù)版,2022.劉艷,吳蒙.基于ZigBee技術(shù)的室內(nèi)定位系統(tǒng)的研究[J].2022(4).韓世杰.基于無線傳感技術(shù)的多維度定位系統(tǒng)研究與設(shè)計[D].吉林建筑大學(xué),2023.車巍.基于射頻識別技術(shù)的智能設(shè)施監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)[J].信息記錄材料,2023,24(11):164-166.曹鵬飛.基于ZigBee網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)定位系統(tǒng)設(shè)計[J].信息與電腦,2022,34(20):123-125.彭熙,潘磊,夏珺,等.雙足人形機器人定位及運動規(guī)劃系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].計算機與數(shù)字工程,2024,52(2):399-402.王蘇潔.煤峪口煤礦基于WSN井下人員定位系統(tǒng)設(shè)計研究[J].山東煤炭科技,2023,41(3):202-204.陳光輝.基于ZigBee的救援機器人無線通信系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)[J].信息記錄材料,2023,24(3):153-155.曹鵬飛.基于RSSI的WSN定位系統(tǒng)設(shè)計[J].無線互聯(lián)科技,2023,20(16):87-89.樊強.基于STM32的礦工安全無線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[D].淮北師范大學(xué),2022.HongmeiM,WeiningX.ResearchontheSystemofMineIntelligentPositioning[J].Wirelesspersonalcommunications:AnInternaionalJournal,2023(4):131.XuZ,LiJ,LiW.TheElectricPowerEquipmentOnlineMonitoringSystemBasedonZigBee[J].2022.JiM,RenG,ZhangH,etal.CollaborativepositioningforemergencyrescuersbasedonINS,GPSandZigBee[J].IOPPublishingLtd,2024.DebbicheA,MsadaaIC,GrayaaK.EIPSO:AnEnergyEfficientIndoorPositioningSystembasedonGameTheory[J].Mobilenetworks&applications,2023,28(1):85-96.MengX.DesignandImplementationofElectricalParameterMonitoringSystemBasedonZigBeeWirelessCommunication[J].Mobileinformationsystems,2022,2022(Pt.2):4189774.1-4189774.12.

附錄1圖1基于ZigBee的煤礦環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)電路原理圖附錄2圖2基于ZigBee的煤礦環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)電路PCB圖附錄3圖3基于ZigBee的煤礦環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)實物圖附錄4主要代碼如下：#include"app.h"/**********User_Statement**********/unsignedcharAPP_TASKS;//輪詢?nèi)蝿?wù)IDunsignedcharrf_temp[rf_temp_max];//無線數(shù)據(jù)接收緩存unsignedintindex;//公共累加數(shù)unsignedchartemp_flash[11];//flash緩存unsignedintread_adc;//adc緩存unsignedchartx_temp[10];//發(fā)送緩存unsignedintcnt_link[3];//聯(lián)網(wǎng)計數(shù)unsignedcharmode=0;//控制模式，0：自動，1：手動unsignedcharstatus_fan[3];//風(fēng)扇開關(guān)標(biāo)志unsignedcharflag_beep;//蜂鳴器告警標(biāo)志unsignedintcnt_report;//串口數(shù)據(jù)輪流上報計時器unsignedcharpoint_report;//串口上報進程計數(shù)unsignedcharflag_report=1;//串口上報節(jié)點數(shù)據(jù)切換標(biāo)志unsignedchartemperature[3];//溫度值緩存unsignedcharhumidity[3];//濕度值緩存unsignedchargas[3];//氣體值緩存unsignedcharlight[3]={0};//光線值緩存unsignedcharmin_wendu=10,max_wendu=30;//溫度閾值unsignedcharmin_shidu=30,max_shidu=80;//濕度閾值unsignedcharmin_gas=30,max_gas=80;//氣體閾值unsignedcharmin_light=30,max_light=80;//光線閾值voidApp_Report(void)//串口數(shù)據(jù)輪流上報函數(shù){if(cnt_report>100){//cnt_report在定時器中斷中1毫秒加1，大于100相當(dāng)于100毫秒執(zhí)行一次本函數(shù)point_report++;//串口上報進程計數(shù)切換到下一條switch(point_report){case1://聯(lián)網(wǎng)計數(shù)為0表示中斷未連接協(xié)調(diào)器，cnt_link在定時器中斷1毫秒非0自減一次。收到終端數(shù)據(jù)則設(shè)置為非0值if(cnt_link[0]==0){printf("link1=0\r\n");//link1=0表示終端聯(lián)網(wǎng)中}else{printf("temperature=%d\r\n",temperature[0]);//上報溫度值printf("humidity=%d\r\n",humidity[0]);//上報濕度值printf("gas1=%d\r\n",gas[0]);//上報氣體值printf("light1=%d\r\n",light[0]);//上報光線值printf("link1=1\r\n");//link1=1表示終端聯(lián)網(wǎng)成功}break;case2:printf("alarm1=%d\r\n",flag_beep);//上報報警狀態(tài)break;case3:printf("switch1=%d\r\n",status_fan[0]);//上報風(fēng)扇開關(guān)狀態(tài)break;case4:printf("mode=%d\r\n",mode);//上報模式break;case5:printf("t=%d-%d\r\n",min_wendu,max_wendu);//上報溫度閾值printf("h=%d-%d\r\n",min_shidu,max_shidu);//上報濕度閾值printf("g=%d-%d\r\n",min_gas,max_gas);//上報氣體閾值printf("l=%d-%d\r\n",min_light,max_light);//上報光線閾值break;case6://空操作break;case7://空操作break;default:point_report=0;//上報超過7條后，將串口上報進程計數(shù)清0,下一次進入本函數(shù)將從第一條開始上報break;}cnt_report=0;//發(fā)完一條清除一次計數(shù)，方便下一個100毫秒后進入本函數(shù)}}voidAPP_Config(void){usart_config();//串口初始化配置timer_config();//定時器初始化配置gpio_config();//IO口初始化配置/**********協(xié)議棧采用宏定義區(qū)分協(xié)調(diào)器或終端或路由的程序*************關(guān)于宏定義在何處，可參考此博客提供的分析/uid-20788636-id-1841415.html*************************************