基于无线传感器网络的环境温度湿度监测系统

1、基于无线传感器网络的环境温度湿度监测系统董蕴华,石新峰(河南机电高等专科学校电子通信工程系,河南新乡453002摘要:针对目前所使用的有线环境监测系统的缺点,提出了一套基于Zig Bee无线传感器网络的监测系统的设计方案。根据温度湿度监测系统的技术要求,设计了系统结构和硬件电路,并给出了软件流程。该系统采用无线数据传输实现通信,具有方便和安全的特点,解决了有线通信方式所存在的难以扩展、难以升级等问题,将有非常广阔的应用推广前景。关键词:农业;监测系统;无线传感器网络中图分类号:S126;TP274.5文献标识码:A文章编号:1003-188X(200907-0153-030引言环境温度、湿度等

2、参数在工农业生产和科学研究中是一种十分重要的数据,特别是在粮库、温室、大棚等环境中温度、湿度的测量和控制更为重要。随着科学技术的发展,传统的基于有线通信系统的温度、湿度监测系统需要花费大量的人力物力铺设线路,施工量大,安装时间长,因此基于无线传输技术的环境参数监测系统势在必行。本文介绍了一种基于Zig Bee无线传感器网络的环境温度湿度监测系统,可以实时监测粮库或其它对环境参数要求严格的场所,管理者可以在控制室随时了解现场的信息。当参数超过设定值时立即进行声光报警,并在监控主机上显示发生异常情况的地点,工作人员可以马上采取措施,从而使粮库、温室等管理实现自动化、智能化。1Zig Bee技术收稿

3、日期:2008-10-30作者简介:董蕴华(1975-,女,河北高阳人,讲师,硕士,(E-mail dongyh8653。低功耗、低速率的特点,因而最适合作为传感器网络的标准。Zig Bee网络中的设备分为FF D(全功能设备和RF D(简化功能设备两种。其中,FF D设备也可作为协调器使用。FF D是具有路由与中继功能的网络节点,可以与RF D节点通信,也可以与别的FF D节点通信;RF D节点作为网络终端节点,相互间不能直接通信,只能通过FF D节点发送和接收信息,不具有路由和中继功能。RF D和FF D的硬件结构完全相同,只是网络层不一样,协调器是网络组织者,负责网络组建和信息路由。2系

4、统硬件设计2.1系统网络结构Zig Bee无线传感器网络是由部署在监测区域内大量的微型Zig Bee传感器节点(即Zig Bee RF D节点、Zig Bee FF D节点和网络协调器组成,通过无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统,系统结构图如图1所示1 。图1温度湿度监测系统网络结构图网络协调器安装在中央监控室,负责建立网络和管理网络,并显示当前整个网络的状况,把收到的数据发送到计算机中。RF D安装在需要监测数据的位置,负责采集温度湿度值,然后定期或有中断时把数据发送给网络协调器。监控人员在控制室通过显示器就可以对环境参数进行监测,无须到达现场。为了保证整个系统的可靠性,发射端一部

5、分是RF D节点,一部分是具有路由和中继功能的FF D节点。传感器的数据在Zig Bee RF D或FF D模块中转化为Zig Bee通信协议包,传给就近的FF D模块,以多跳通信的方式把数据包传给Zig Bee协调器。Zig Bee协调器收到数据包后,一方面按原路径返回收到确认信息,以到达发送数据的RF D或FF D模块,实现握手信号,完成一次完整的Zig Bee无线通信;另一方面,Zig2 Bee协调器收到的数据供显示与管理。2.2信号采集电路温度传感器采用DALLAS公司推出的一线式数字温度传感器DS18B20,该芯片的管脚简单,无需任何外围硬件即可方便地进行温度测量,与单片机交换信息仅

6、需要一根I/0口线,多个DS18B20可以并联到3根或2根线上,CP U只需1根端口线就能与诸多DS18B20通信,占用微处理器的端口较少,可以节省大量的引线和逻辑电路。温度测量范围为-55 125,可编程为9l2位A/D转换精度,被测温度用符号扩展的l6位数字量方式串行输出。因为DS18B20温度传感器芯片尺寸较小,可直接和电缆焊接在一起,外部用热缩管紧固套牢组成测温电缆,电缆的外部套上防鼠咬的套管。监测现场需要测温的地方,直接把电缆布线到测温点即可2。湿度传感器采用HS1101电容式传感器。HS1101电容式传感器将电容的变化量准确地转换为单片机易于接受的信号,可以将湿敏电容置于振荡电路中

7、,组成多谐振荡电路,将电容值的变化转为与其呈反比的电压频率信号,可以直接被单片机计数器所采集3。这样电路就可以方便地与单片机相连接,输出信号为频率型,灵敏度高、线性度好,具有优良的重复性、分辨率和稳定性。为了提高系统的灵敏度和线性度,从降低采集电路的成本等因素进行考虑,采用脉冲振荡电路设计湿度采集电路。2.3数据传输单元数据传输单元中,无线传输控制器选用M icr ochi p 公司生产的具有SP I接口低功耗P I C18F4620芯片,射频芯片选用Chi pcon公司生产的满足 2.4GHz Zig Bee 产品使用要求的CC2420,这两个芯片是本系统设计中最为关键的两个部件。P I C

8、18F4620微控制器具有丰富的片上存储功能,具有64k B Flash和3968字节RAM的存储空间,而且该微控制器具有多种省电模式供选择。该芯片具有13个10位A/D转换器、多个I/O数据线,可以很容易用软件对其进行编程和仿真,这些接口同时还可以用作与传感单元的接口。 。图2数据传输控制图3系统软件设计3.1监控中心软件设计监控中心软件作为全功能系统,负责网络协调和人机对话。监控系统的使用最终是要面对用户的,因此监控软件的开发将决定系统能否方便高效运行。由于W indows操作系统的普遍流行并且操作方便,所以本系统的数据显示及处理使用W indows操作系统及V isual Basic开发

9、平台。VB支持面向对象的程序设计,具有结构化的事件驱动编程模式,而且可以十分简便地做出良好的人机界面。监控中心软件设计包括系统自检、用户管理、数据读取显示、报警参数设置、历史数据分析等模块,其结构如图3所示。图3监测系统软件结构图3.2监测节点软件设计监测节点软件作为简单功能系统,等待主机命令,传输本机点数据。监测节点数据发送流程图,如图4所示。其中,最关键的部分是对数据的采集判断:如果数据没有异常则发送正常信息;如果有1个数据超标,则发出相应的报警信号;同时,也可以监测信息变化的过程,实时地传输采集的数据,这些都可以由控制中心的具体指令控制。4结束语Zig Bee是一种新兴的短距离、低成本和

10、低功耗的无线网络技术,将其应用于粮库、温室等环境温度湿度监测系统中,具有组网简单、系统花费少、扩展网络容易、通讯稳定等优点,在实际中有很好的应用价值 。图4监测节点数据发送流程图参考文献:1鲁照权,黄梅初,杜征,等.基于Zig Bee无线网络的大棚种植温度监测系统J.安徽农业科学,2008,36(13:5682-5684.2叶岑明,姚伯威.粮库多点温度监测系统设计和实现J.中国测试技术,2005(5:63-64.3贾少锐,李晓东,赵欣.智能温室中多参数无线监测系统的设计J.农机化研究,2008(5:99-101.Te mperature and Hu m i dity M on itor i

11、n g Syste m Based onW i reless Sensor NetworkDong Yunhua,Shi Xinfeng(Electr onic Communicati ons Engineering Depart m ent,Henan Mechanical and Electrical Engineering College,Xinxiang 453002,ChinaAbstract:A i m ed at the shortcom ing of current te mperature and hum idity monit oring syste m based on

12、wire communica2 ti on,this article has analyzed a te mperature and hu m idity monit oring syste m based on Zig Bee wireless sens or net w ork.It has designed the hard ware and s oft w are structure according t o the technical requir ment of monit oring syste m.The infor ma2 ti on communicati on by wireless data trans m i