基于物聯(lián)網(wǎng)的室內環(huán)境甲醛監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

1、基于物聯(lián)網(wǎng)的室內環(huán)境甲醛監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)目錄第一章 緒 論11。1 選題背景11。2小結1第二章 作品方案設計22.1 作品方案22.1。1 作品概述22。1。2 上位機軟件設計及WEB服務器設計32。1。3 網(wǎng)關設計42。1。4 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的設計52。2 預期目標52。3 小結5第三章 上位機與WEB服務器設計63。1上位機軟件設計63.1。1功能模塊73.2 小結11第四章 網(wǎng)關數(shù)據(jù)收發(fā)軟件設計124。1硬件系統(tǒng)124。1。1 SIM900A 開發(fā)板124。1。2 協(xié)調器124。2 軟件系統(tǒng)134。2.1 GPRS模塊程序設計134。2。3 ZigBee協(xié)調器程序設計15

2、4。3小結16第五章 底層ZigBee節(jié)點軟硬件設計175。1硬件系統(tǒng)175.1。1 ZigBee節(jié)點底板電路設計175。1.2 甲醛檢測傳感器MS1100P111185。2軟件設計195。3小結20第六章 測試和結果分析216。1測試目的與方案216。2 上位機軟件測試216。3 網(wǎng)關測試236.4 底層ZigBee網(wǎng)絡測試23參考文獻24附件24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品優(yōu)先控制名單上.甲醛己經被世界衛(wèi)生組織確定為致癌和致畸形物質。它是公認的變態(tài)反應源，也是潛在的強致突變物質之一.甲醛問題己成為全球公共衛(wèi)生關注的焦點。近年來，家庭裝修成為人

3、們時尚的追求，但在美化了居室環(huán)境的同時，也因很多裝飾材料中含有毒物質，造成室內空氣污染,特別是室內甲醛污染更為嚴重，對人體的健康造成了極大的危害。因此加強對甲醛污染的監(jiān)測和控制,對于保護人類日常生活的健康具有要的理論意義和實踐意義。除采用常規(guī)方法將其去除外，對存在甲醛的環(huán)境及時通風是關鍵。本項目針對甲醛檢測、開風扇或其他排氣裝置進行通風、報警展開設計，稀釋甲醛濃度,使其達到允許濃度,同時報警,提醒人們注意健康.當然，本系統(tǒng)不僅僅只是適用于家庭室內，也適用于生產裝演材料、家具廠等場合。1.2小結結合以上所述，研究一套低成本,高效率的甲醛監(jiān)控系統(tǒng)，對于解決家庭室內環(huán)境甲醛濃度監(jiān)測難、不好控制、保障

4、人們日常生活安全具有重要意義,同時也具有很大的市場前景和現(xiàn)實意義。第二章 作品方案設計本章詳細介紹了基于室內環(huán)境甲醛監(jiān)控系統(tǒng)設計框架與流程，包括上位機軟件及WEB服務器的設計方法、網(wǎng)關的設計過程以及底層ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的相關設計方案。2.1 作品方案2.1。1 作品概述作品總體由3層網(wǎng)絡組成:底層為無線傳感器網(wǎng)絡，中層為GPRS網(wǎng)絡，上層為Internet網(wǎng)絡。底層和中層通過無線網(wǎng)關連接，中層和上層則利用GPRS網(wǎng)絡交互信息。底層無線傳感器網(wǎng)絡由基于ZigBee無線通訊協(xié)議傳感器節(jié)點構成。ZigBee技術作為一種新興的無線通信技術,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

5、適合在多點監(jiān)測、無人值守的環(huán)境監(jiān)控中應用。中層GPRS網(wǎng)絡由各網(wǎng)關節(jié)點組成，完成傳感器節(jié)點的信息交匯、數(shù)據(jù)轉發(fā)、指令收發(fā)等功能.上層Internet網(wǎng)絡由上位機組成,上位機作為用戶對室內環(huán)境甲醛監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時查看，確保室內時刻安全正常。總體結構圖如21所示。圖21 室內環(huán)境甲醛監(jiān)控總體框圖2。1。2 上位機軟件設計及WEB服務器設計上位機采用HTML、Css、Javascript、MySQL、PHP編寫的網(wǎng)站，運行于Windows系統(tǒng)，連接數(shù)據(jù)庫服務器，數(shù)據(jù)可視化操作，以及遠程參數(shù)的設置.其總體框圖，如圖2-2所示。圖22 上位機軟件結構框圖數(shù)據(jù)接收部分利用TCP網(wǎng)絡協(xié)議提供了與 Inter

6、net 的標準接口，簡化了ZigBee網(wǎng)絡采集環(huán)境參數(shù)；數(shù)據(jù)處理則是室內甲醛監(jiān)控系統(tǒng)上位機軟件的核心部分，提供了友好的圖形用戶界面、直觀展示網(wǎng)絡拓撲結構、節(jié)點參數(shù)曲線對比，并提供手機安卓APP下載功能，用戶通過下載手機APP，無論身在何處,即可時刻查詢相關甲醛濃度數(shù)據(jù),快捷方便，而在WEB服務器方面，則通過AppServ配置系統(tǒng)環(huán)境,搭建Apache WEB服務器,配置MySQL數(shù)據(jù)庫以及PHP解釋器11。選用PHP語言開發(fā)WEB服務器程序，連接數(shù)據(jù)庫服務器，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)關設計ZigBee節(jié)點采集的數(shù)據(jù)要想通過GPRS網(wǎng)絡上傳至Internet遠程服務器,實

7、現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡與互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)互通,就必須用到網(wǎng)關。網(wǎng)關作為無線傳感器網(wǎng)絡的關鍵器件，其性能直接關系到整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性,實用性，健壯性.由于設計開發(fā)的網(wǎng)關針對的是數(shù)據(jù)傳輸量少的ZigBee網(wǎng)絡，故接收環(huán)境參數(shù)可選用串口接口。網(wǎng)關接收ZigBee數(shù)據(jù)，解析處理后，經GPRS網(wǎng)絡轉發(fā)至Internet，因此網(wǎng)關兼具TCP/IP協(xié)議12，方便數(shù)據(jù)網(wǎng)絡轉發(fā)。網(wǎng)關結構框圖，如圖2-3所示。圖23 網(wǎng)關硬件結構框圖網(wǎng)關采用了重慶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，各種接口如2.4G 模塊接口等等，對于物聯(lián)網(wǎng)的開發(fā)提供了很大的便利條件。開發(fā)板上使用的SIM90

8、0A模塊設計成熟，市場使用率高，性能穩(wěn)定可靠，其雙頻段適合在國內網(wǎng)絡環(huán)境使用。SIM900A支持AT指令,包括短信，語音數(shù)據(jù)傳輸,同時內置TCP/IP協(xié)議,與Internet廣域網(wǎng)無縫對接。ZigBee協(xié)調器采用的是丘捷的ZigBee核心板和自主設計的底板.通過串口與32位單片機開發(fā)板相連實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸.協(xié)調器在ZigBee無線網(wǎng)絡中起組建網(wǎng)絡，維護網(wǎng)絡，網(wǎng)絡管理的作用。2.1。4 ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡的設計底層的ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡由眾多的ZigBee數(shù)據(jù)采集節(jié)點組成.節(jié)點采用TI公司的Zstack無線數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，實現(xiàn)自組網(wǎng)與數(shù)據(jù)傳輸。ZigBee節(jié)點采用丘捷的基于cc2530的

9、射頻模塊，底板為自主設計制作.2。2 預期目標根據(jù)作品要求，室內環(huán)境甲醛監(jiān)控系統(tǒng),需要實現(xiàn)以下功能:(1） 設計上位機軟件實現(xiàn)對種家居室內的實時環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)進行實時查看，確保整個環(huán)境處于安全狀態(tài)；并提供二維碼生成功能，生成相應的二維碼提供給消費者進行掃描，掃描后即可下載相應APP,通過手機查看實時參數(shù).(2) 開發(fā)WEB服務器,支持多客服端訪問;（3） sim900GPRS模塊與ZigBee協(xié)調器構成硬件平臺；(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)絡數(shù)據(jù)與GPRS網(wǎng)絡、Internet信息交互；(6) 系統(tǒng)的整體調試與測試。2。3 小結方案設計是設

10、計系統(tǒng)的一個重要環(huán)節(jié)，將項目的任務規(guī)范化,列出所要完成的所有工作,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)的成本降到最低，設計之初即考慮好各種硬件模塊的性價比。第三章 上位機與WEB服務器設計3.1上位機軟件設計作品上位機采用HTML、Css、Javascript、MySQL、PHP編寫的網(wǎng)站,該上位機軟件由數(shù)據(jù)接收，數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)管理三部分組成，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)接收部分利用TCP網(wǎng)絡協(xié)議提供了與 Internet 的標準接口，簡化了ZigBee網(wǎng)絡采集環(huán)境參數(shù)接收以及控制信息傳遞;數(shù)據(jù)處理則是系統(tǒng)上位機軟件的核心部分，提供圖

11、形用戶界面、直觀展示節(jié)點參數(shù)曲線對比，并提供二維碼生成功能，生成相應的二維碼提供給消費者進行掃描，掃描后即可生成連接，下載相應手機APP,隨時隨地查詢家居環(huán)境甲醛濃度；數(shù)據(jù)保存部分主要針對數(shù)據(jù)保存查詢處理等工作，亦可將數(shù)據(jù)導出為表格文件，方便對數(shù)據(jù)進行詳細分析.試驗結果表明：所開發(fā)的上位機軟件具有良好的穩(wěn)定性、完善的功能性和便捷的人機接口等優(yōu)點，實現(xiàn)了對各種傳感數(shù)據(jù)和系統(tǒng)數(shù)據(jù)的有效組織與管理。3.1。1上位機總體概述上位機監(jiān)控軟件由數(shù)據(jù)接收,數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)管理三個部分組成,并形成了前臺信息展示、后臺數(shù)據(jù)管理兩大模塊,同時每個模塊即為一個單獨的線程，確保監(jiān)測系統(tǒng)健壯性；每個模塊完成相應功能，相互

12、聯(lián)系。數(shù)據(jù)處理部分為上位機核心部分，負責全部的可視化操作.上位機軟件總體功能,如圖31所示。圖31 系統(tǒng)整體框圖3。1.3功能模塊上位機軟件由賬戶設置、實時數(shù)據(jù)顯示、歷史數(shù)據(jù)數(shù)查詢,和設備管理功能模塊組成四大功能模塊.（1） 賬戶管理 賬戶管理是為用戶提供的一個方便快捷的管理界面，包括基本功能用戶名更改，登入密碼更改，綁定QQ、郵箱等，其中最為重要的是API KEY生成功能，API KEY是該上位機平臺識別底層設備的一個序號，通過該序號即可準確的識別室內不同房間，如臥室、廚房、客廳、衛(wèi)生間等分布在不同地方的傳感器.如圖32所示為賬戶管理界面。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

13、示界面主要功能是顯示當前時刻節(jié)點發(fā)送過來的數(shù)據(jù),通過該數(shù)據(jù)可以實時查詢室內甲醛濃度，方便快捷如圖33所示。圖33 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,用戶可以查詢前一個月內節(jié)點發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，方便對大量的實測數(shù)據(jù)進行分析處理，如圖3-4所示。圖34 歷史數(shù)據(jù)數(shù)查詢（4）設備管理設備管理又由增加新設備和對已注冊設備進行管理兩部分組成,用戶可以隨時在原有基礎上增加新增添的傳感器設備，并進行數(shù)據(jù)顯示，方便對對設備同時進行管理，如圖35所示.圖3-5 新增設備 設備管理界面主要功能就是對已加入設備進行詳細的描述,具體包括設備名稱、設備備注、標簽、所在位置、經度緯度等,通過設備管理界面

14、，用戶可以清楚地知道自己所布置的傳感器設備的所有信息，如圖36所示。圖3-6 設備管理界面數(shù)據(jù)保存采用MySQL數(shù)據(jù)庫,MySQL是最流行的關系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，它是一種關聯(lián)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，關聯(lián)數(shù)據(jù)庫將數(shù)據(jù)保存在不同的表中,而不是將所有數(shù)據(jù)放在一個大倉庫內,這樣就提高了速度并增加了靈活性。MySQL所使用的SQL語言是用于訪問數(shù)據(jù)庫的最常用標準化語言。上位機軟件系統(tǒng)通過PHP技術針對網(wǎng)絡上傳的數(shù)據(jù)進行處理,導出存儲在MySQL的數(shù)據(jù)并進行整合生成動態(tài)的曲線圖，系統(tǒng)網(wǎng)絡連接則顯得尤為重要.網(wǎng)絡數(shù)據(jù)處理技術主要任務是數(shù)據(jù)的接收,數(shù)據(jù)的解析。通過網(wǎng)關上傳到服務器，存儲到數(shù)據(jù)庫中，利用數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)，生

15、成相應的折線圖，將節(jié)點開始監(jiān)測的數(shù)據(jù)到當前監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行顯示，使用戶能實時觀察到室內環(huán)境甲醛濃度信息,從而減少人工觀測的復雜性和不確定性,如圖3-7所示。圖37 環(huán)境甲醛濃度數(shù)據(jù)折線圖3.2 小結本章主要介紹了上位機系統(tǒng)和WEB服務器的設計。軟件作為無線傳感器網(wǎng)絡系統(tǒng)不可缺少的一部分，其設計也關系到整體系統(tǒng)的可行性.一般軟件設計分模塊設計，而且編寫程序前繪制程序流程圖，程序流程圖相當于邏輯功能的設計,根據(jù)流程圖編寫程序，思路清晰、減小軟件開發(fā)的周期。而WEB服務器的使用擴大了系統(tǒng)的應用范圍，增加了用戶數(shù)量，支持任何入網(wǎng)終端訪問，提高了無線傳感器網(wǎng)絡的使用價值.第四章 網(wǎng)關數(shù)據(jù)收發(fā)軟件設計網(wǎng)關是

16、實現(xiàn)ZigBee網(wǎng)絡與Internet網(wǎng)絡相互連接的關鍵器件。網(wǎng)關設計主要包含三個部分：主處理程序，協(xié)調器驅動程序，GPRS模塊驅動程序.軟件的邏輯正確性,穩(wěn)定性是系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵。4。1硬件系統(tǒng)4。1。1 SIM900A 開發(fā)板網(wǎng)關采用了重慶DQ電子的SIM900A開發(fā)板，此開發(fā)板主要功能偏重于SIM900A通信模塊的使用,同時具有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)板上使用的SIM900A模塊是由SIMCOM公司制造的雙頻GSM功能模塊，該模塊設計相對成熟,市場使用率高，性能穩(wěn)定可靠，其雙頻段適合在國內網(wǎng)絡環(huán)境使用。SIM900A的主要功能有：語音通話、短信收發(fā)、

17、GPRS網(wǎng)絡數(shù)據(jù)收發(fā)(可無線透傳)。SIM900A 使用串口與外部控制設備相連接，使用標準和擴展AT指令集來控制模塊,在使用上十分方便。SIM900A開發(fā)板可以完成短信收發(fā)，無線上網(wǎng)，TCP/UDP協(xié)議收發(fā)數(shù)據(jù),SIM900A內部協(xié)議采用打包方式收發(fā)數(shù)據(jù),進行打電話與接電話功能,用戶不必了解SIM900A模塊的PCB板,只要熟悉模塊的 AT 指令系統(tǒng)，即可進行相應的應用開發(fā),以縮短用戶的研發(fā)周期。作為一個終端產品它內置了無線GSM/GPRS 通信模塊,集成了標準的RS232接口以及 SIM 卡 ,電源可以用512 V DC 也可以用 USB 取電 ,可以用 AT 命令通過串口對它進行設置。這使

18、它在聲音和數(shù)據(jù)通訊上成為一個通用的GSM/GPRS 三頻終端產品。SIM900A功能模塊現(xiàn)在應用非常廣泛,像在物流追蹤、實時監(jiān)控、遠程數(shù)據(jù)交互等諸多無線通訊領域都非常適用。4。1.2 協(xié)調器ZigBee協(xié)調器采用的是我們自主設計的底板.協(xié)調器通過串口與SIM900A相連，配對串口波特率實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。協(xié)調器在ZigBee無線網(wǎng)絡中起組建網(wǎng)絡，維護網(wǎng)絡，網(wǎng)絡管理的作用,協(xié)調器如圖41所示。 圖41 協(xié)調器硬件圖協(xié)調器射頻模塊核心處理芯片是CC2530，CC2530是用于2。4GHz IEEE 802.15。4、ZigBee和RF4CE應用的一個真正的片上系統(tǒng)（Soc)解決方案.它能夠以非常低的材料

19、成本建立強大的網(wǎng)絡節(jié)點.CC2530 結合了領先的RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標準的增強型8051 CPU，系統(tǒng)內可編程閃存，8KB RAM 和許多其它強大的功能。CC2530 有四種不同的閃存版本：CC2530F32/64/128/256，分別具有32/64/128/256KB 的閃存。CC2530 具有不同的運行模式，使得它尤其適應超低功耗要求的系統(tǒng)。運行模式之間的轉換時間短進一步確保了低能源消耗14。4。2 軟件系統(tǒng)4.2。1 GPRS模塊程序設計GPRS模塊在無線網(wǎng)關設計中起到了至關重要的作用,利用SIM900A模塊內置的TCP/IP協(xié)議，設計了TCP的客戶端，系統(tǒng)啟動即綁定上位機客戶

20、端.GPRS模塊程序流程圖如圖42所示。圖42 GPRS程序控制流程圖按照上圖發(fā)送的命令順序，在每條命令收到確認信息后接著發(fā)送下一條指令,需要注意的是最后在輸入發(fā)送數(shù)據(jù)之前收到的是“”字符,而不是OK字樣。根據(jù)SIM900A自帶的指令完成網(wǎng)絡(TCP）數(shù)據(jù)的轉發(fā)。發(fā)送的命令格式和順序為:（1) AT+CIPCSGP=1，”cmnet”CMNET是China Mobile Net的縮寫，它是中國移動GPRS網(wǎng)絡的接入點的名稱（Access Point Name，縮寫APN)，通過CMNET可以獲得完全的Internet訪問權,并且提供NAT服務.CMNET、CMWAP都是手機上網(wǎng)使用的接入點的名

21、稱。通過CMNET可以獲得完全的Internet訪問權，通過CMWAP只能訪問WAP網(wǎng)站，不過CMWAP使用HTTP代理協(xié)議和WAP網(wǎng)關協(xié)議可以訪問到Internet,而CMNET則適用于所有協(xié)議,它也是標準的TCP/IP協(xié)議15。（2） AT+CLPORT=”TCP”,"3028”/端口號可以隨便設置 （3) AT+CSTT /開始工作(4） AT+CIICR /激活GPRS連接(5） AT+CIFSR /查看夢網(wǎng)分配的內網(wǎng)IP（6） AT+CIPSTART=”TCP”，"222。73。22。204”，"8080” /連接遠端接收端其中222。73。22.204

22、為上位機的公網(wǎng)IP地址，8080為連接所用端口號。（其中上位機的IP地址必須是外網(wǎng)IP才能接收SIM900A發(fā)過來的數(shù)據(jù)，外網(wǎng)IP可以通過手機USB上網(wǎng)獲得；若是內網(wǎng),則還需要設置路由轉發(fā)規(guī)則沒有試驗過）CONNECT OK /連接成功返回connect OK字樣。（7） AT+CIPSEND /啟動發(fā)送 Hello every one!（待發(fā)送內容）0x1a(發(fā)送內容必須是0x1a結尾）,返回SEND OK /發(fā)送成功senddata（QByteArray）為發(fā)送函數(shù)，具體實現(xiàn)SIM900A控制與數(shù)據(jù)的轉發(fā)。void Widget：senddata（QByteArray datastr）In

23、itsenddata();/發(fā)送AT+CIPSEND之前的命令SendCMD(_CIPSEND);/發(fā)送AT+CIPSENDSIM900Awrite（datastr）；char ch1；ch0=0x1a；SIM900Awrite（ch，1）; /發(fā)送回車/SIM900A->write(0x1a);4。2。3ZigBee協(xié)調器程序設計協(xié)調器在ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡中起著組建網(wǎng)絡，維護網(wǎng)絡，網(wǎng)絡管理的作用，是底層節(jié)點的網(wǎng)絡的控制中心和上傳數(shù)據(jù)的紐帶。ZigBee協(xié)調器程序流程圖如圖4-3所示.圖43 ZigBee協(xié)調器程序流程圖4.3小結本章主要介紹了網(wǎng)關的設計。由于硬件都是采用已有的開

24、發(fā)板和模塊,所以網(wǎng)關的工作重點就體現(xiàn)在軟件設計。編程主要是對CC2530進行應用編程，網(wǎng)關實現(xiàn)了兩個異構網(wǎng)絡的連接，完成數(shù)據(jù)的實時轉發(fā),經試驗表明滿足無線傳感器網(wǎng)絡的要求.第五章 底層ZigBee節(jié)點軟硬件設計5。1硬件系統(tǒng)硬件系統(tǒng)主要對ZigBee節(jié)點底板的設計過程以及所采用的各個傳感器進行詳細的介紹.5。1。1 ZigBee節(jié)點底板電路設計ZigBee節(jié)點底板電路主要包含的電路模塊有電源電路，復位電路，擴展口電路,射頻模塊接口，指示燈電路。電路設計原理圖如圖51所示.圖51 ZigBee節(jié)點底板電路設計原理圖電源電路主要是為了給CC2530射頻板提供3。3V的電源，以及給傳感器提供5V的穩(wěn)

25、定電源。其中使用了MCP17005.0和MCP17003.3穩(wěn)壓芯片，分別用來提供5伏和3。3伏的電源16。擴展接口電路是將CC2530芯片的一些引腳擴展出來，用來接傳感器或者NMOS控制模塊.這里擴展的引腳有P0。0,P0。1,P1。0,P1。1,P1。2五個引腳。指示燈電路有兩個指示燈，其亮滅皆可由程序控制。其中一個LED燈用來指示電源，另一個用來指示數(shù)據(jù)的發(fā)送。ZigBee節(jié)點底板電路PCB如圖5-2所示。圖52 ZigBee節(jié)點底板電路PCB5。1。2 甲醛檢測傳感器MS1100-P111 MS1100P111傳感器模塊選用MS1100為核心傳感器探頭，MS1100是一款原裝進口的半導

26、體式VOC 氣體傳感器,具有極高的靈敏度和穩(wěn)定性,能夠偵測0。1ppm 以上的氣體,適用于檢測空氣中的甲醛、苯、二甲苯等多種有機揮發(fā)成分，同時具有體積小巧、價格便宜、響應速度，改傳感器廣泛應用于通風機,空氣過濾器、風帽、排風罩以及小家電等各種需要進行空氣治理的電器設備上,能夠很好的幫助提高室內生活環(huán)境質量.圖5-3甲醛監(jiān)測傳感器5。2軟件設計軟件設計主要是對ZigBee節(jié)點的程序設計.軟件設計是實現(xiàn)基于“魚菜共生”的微裝置及監(jiān)控可溯源系統(tǒng)的重要組成部分。整個系統(tǒng)的軟件開發(fā)是建立在TI公司ZStack的基礎上進行的17。ZigBee節(jié)點需要實現(xiàn)傳感數(shù)據(jù)的采集與上傳，另一方面還接受各傳感器節(jié)點發(fā)來

27、的數(shù)據(jù)并轉發(fā)給協(xié)調器。該部分軟件主要包括設備初始化、節(jié)點加入網(wǎng)絡、無線數(shù)據(jù)收發(fā)和處理等程序。節(jié)點的網(wǎng)絡通信功能比較簡單.程序流程圖如圖54所示.圖5-4 ZigBee節(jié)點的程序流程圖5。3小結本章主要講解了底層ZigBee節(jié)點軟硬件設計。底層ZigBee網(wǎng)絡是整個系統(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，是系統(tǒng)所有工作的源頭。ZigBee傳感器節(jié)點監(jiān)視一定范圍內的環(huán)境，接收信號進行數(shù)據(jù)處理和通信.經測試ZigBee節(jié)點能夠與協(xié)調器相連組網(wǎng).節(jié)點能夠正常采集傳感數(shù)據(jù)并上傳。24第六章 測試和結果分析系統(tǒng)的設計開發(fā)包括網(wǎng)關軟件設計和上位機系統(tǒng)的調試分析，其中系統(tǒng)的調試分析

28、難度最大，耗時最多，也是最關鍵的一步。前幾章分別介紹了上位機系統(tǒng)、網(wǎng)關軟件設計以及底層ZigBee網(wǎng)絡，本章將簡要介紹本系統(tǒng)的調試和結果分析。6。1測試目的與方案6。1。1 試驗目的（1）測試上位機軟件的穩(wěn)定性；（2）測試上位機軟件功能；（3）測試WEB網(wǎng)頁的功能;（4)測試網(wǎng)關功能;（5）測試底層ZigBee網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)采集功能。6。1。2 試驗方案設計目前，本作品在實際室內環(huán)境來監(jiān)測本套系統(tǒng)性能。描述如下：在室內環(huán)境里部署4個傳感器節(jié)點，一個網(wǎng)關，以及相應的控制器件。傳感器節(jié)點分別對室內客廳、廚房、臥室以及衛(wèi)生間進行實時、自動監(jiān)測，傳感器節(jié)點以無線方式構成感知網(wǎng)絡（WSN）。網(wǎng)關實現(xiàn) WSN

29、 與 Internet/GSM之間的透明互聯(lián)。各種傳感數(shù)據(jù)經協(xié)調器傳送至網(wǎng)關，網(wǎng)關進行處理后傳送給Internet/GSM，再經 Internet/GSM傳送到用戶的任務管理節(jié)點（即上位機).6.2 上位機軟件測試打開上位機監(jiān)控系統(tǒng)軟件。首先彈出的是軟件的登錄界面，上位機監(jiān)控軟件必須得是用戶才能進入。用戶登入后，即可查詢相關數(shù)據(jù)，其顯示界面如圖61所示。圖61數(shù)據(jù)顯示通過串口調試助手模擬節(jié)點數(shù)據(jù)發(fā)送如圖62所示。圖62 串口顯示界面經過上述測試，上位機軟件各項功能滿足項目設計要求。6。3 網(wǎng)關測試網(wǎng)關核心業(yè)務將收集的數(shù)據(jù)實時轉發(fā),具有實時性、穩(wěn)定性.根據(jù)網(wǎng)關的功能設計了程序測試部分，即在沒有連接底層網(wǎng)絡的情況下,通過定時器每過一秒向網(wǎng)絡調試助手固定發(fā)送一組特定的測試數(shù)據(jù),經過長時間的測試，網(wǎng)關與網(wǎng)絡調試助手通信良好，滿足無線傳感器網(wǎng)絡的實時性、穩(wěn)定性,如圖63所示。圖63 網(wǎng)關能正常實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉發(fā)網(wǎng)關上層通信無故障，則連接無線傳感器網(wǎng)絡。無線傳感器網(wǎng)絡采集數(shù)據(jù)按照定義好的數(shù)據(jù)幀格式傳輸,定時上傳采集的數(shù)據(jù)。經過測試，網(wǎng)關與無線傳感器網(wǎng)絡連接穩(wěn)定,數(shù)據(jù)