基于wsn的環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用WSN的環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境是人類賴以生存的必要條件，環(huán)境質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到人們的身體健康。特別是在一些中大型的城市，環(huán)境質(zhì)量已經(jīng)納入為衡量該城市綜合實(shí)力的標(biāo)志。雖然隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)的重視，環(huán)境部門會(huì)實(shí)時(shí)發(fā)送環(huán)境信息給所有公民，但是存在環(huán)境的地域差異性，往往這些環(huán)境數(shù)據(jù)不能很好地代表當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境實(shí)際情況，于是設(shè)計(jì)一套能夠測(cè)量所在區(qū)域室內(nèi)或者周邊環(huán)境的系統(tǒng)顯得尤為重要。
[0003]目前的環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)多數(shù)依靠有線傳輸，與傳統(tǒng)的環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相比，使用ZigBee無線傳感網(wǎng)具有傳感器節(jié)點(diǎn)布置隨意性、傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量的可擴(kuò)張性、傳感器網(wǎng)絡(luò)通信的無線性等特點(diǎn)。克服了傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的布線困難，維修困難以及擴(kuò)展性差等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明就是針對(duì)現(xiàn)有環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備的不足之處，提供了一種基于WSN的環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明包括傳感器節(jié)點(diǎn)、ZigBee-1P網(wǎng)關(guān)和用戶監(jiān)控終端。
[0006]所述傳感器節(jié)點(diǎn)包括主控模塊，傳感器模塊，透明傳輸模塊；其中傳感器模塊，透明傳輸模塊均與主控模塊連接，主控模塊選用MSP430G2553單片機(jī)，傳感器模塊包括光學(xué)灰塵傳感器，溫濕度傳感器以及光傳感器。
[0007]所述ZigBee-1P網(wǎng)關(guān)包括ZigBee協(xié)調(diào)器模塊，Mini2440數(shù)據(jù)處理模塊；ZigBee協(xié)調(diào)器模塊將各傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚，Mini2440數(shù)據(jù)處理模塊通過串口把各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集到數(shù)組，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)后，以Html文本的形式輸出，使用戶可以在瀏覽器中訪問傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。
[0008]所述用戶監(jiān)控終端模塊采用的是bootstarp前端框架構(gòu)建的用戶監(jiān)測(cè)Web頁(yè)面。
[0009]所述的ZigBee協(xié)調(diào)器模塊生成設(shè)定的PANID組建ZigBee網(wǎng)絡(luò)，ZigBee網(wǎng)路中的傳感器節(jié)點(diǎn)搜索與自身匹配PANID并加入到該網(wǎng)絡(luò)；傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集周圍的環(huán)境狀況數(shù)據(jù)，包括溫濕度、PM2.5濃度和光照強(qiáng)度，并將采集到的數(shù)據(jù)通過無線鏈路發(fā)送給ZigBee-1P網(wǎng)關(guān)；ZigBee-1P網(wǎng)關(guān)接收到數(shù)據(jù)后通過路由器發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)，用戶可通過互聯(lián)網(wǎng)來實(shí)時(shí)監(jiān)控傳感器節(jié)點(diǎn)周圍的實(shí)時(shí)環(huán)境狀況。
[0010]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明選用的硬件設(shè)備全部為低功耗設(shè)備，其中DHTll溫濕度傳感器在普通電源模式下待機(jī)電流僅為100uA，正常工作平均電流為0.2mA，在單總線供電模式下則更加節(jié)能；MSP430G2553單片機(jī)，有五種節(jié)能模式，普通運(yùn)行模式下工作電流僅有230uA，待機(jī)模式下僅有0.5uA。除此之外，ZigBee透明傳輸模塊、PM2.5傳感器等器件均有超高的低功耗性能，保證了系統(tǒng)工作的節(jié)能型。
[0011]本發(fā)明通過三種傳感器實(shí)時(shí)采集周圍環(huán)境的溫濕度、光照以及粉塵參數(shù)，用戶可以直接通過連接互聯(lián)網(wǎng)的電腦訪問相應(yīng)網(wǎng)址就能完成對(duì)目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境監(jiān)控，具有監(jiān)控區(qū)域的隨意性，可擴(kuò)展性，安裝方便，維修簡(jiǎn)單以及監(jiān)控實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)。本發(fā)明可以適用于室內(nèi)以及小范圍的室外環(huán)境監(jiān)測(cè)，用戶可以通過網(wǎng)頁(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)并做出相應(yīng)的判斷，并可以控制任意的節(jié)點(diǎn)開啟或者關(guān)閉。
【附圖說明】
[0012]圖1為環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)示意圖；
圖2為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模塊組成示意圖；
圖3為MSP430程序流程圖；
圖4為上位機(jī)Linux程序流程圖；
圖5為系統(tǒng)的Web數(shù)據(jù)顯示界面。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖來對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0014]如圖1中所示，一種基于WSN的環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包含了傳感器節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器和上位機(jī)、路由器、互聯(lián)網(wǎng)以及用戶終端電腦。傳感器節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器和上位機(jī)共同組成了 ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)，其中協(xié)調(diào)器與上位機(jī)即ZigBee-1P網(wǎng)關(guān)是無線傳感網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)交接的入口。傳感器節(jié)點(diǎn)有目標(biāo)性地布置在監(jiān)測(cè)區(qū)域，如辦公樓、醫(yī)院、會(huì)場(chǎng)或者圖書館等等。傳感器節(jié)點(diǎn)與上位機(jī)之間選擇無線通信，這是由于采用無線的方式不僅方便初始節(jié)點(diǎn)的布置，也有利于隨時(shí)更換傳感器節(jié)點(diǎn)在室內(nèi)監(jiān)測(cè)的位置。系統(tǒng)的工作原理為=ZigBee協(xié)調(diào)器生成設(shè)定的PANID組建ZigBee網(wǎng)絡(luò)，ZigBee傳感器節(jié)點(diǎn)搜索與自身匹配PANID并加入到該網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集周圍的環(huán)境狀況數(shù)據(jù):溫濕度、PM2.5濃度和光照強(qiáng)度，并將采集到的數(shù)據(jù)通過無線鏈路發(fā)送給ZigBee-1P網(wǎng)關(guān)。ZigBee-ΙΡ網(wǎng)關(guān)接收到數(shù)據(jù)后通過路由器發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)，用戶可通過互聯(lián)網(wǎng)來實(shí)時(shí)監(jiān)控傳感器節(jié)點(diǎn)周圍的實(shí)時(shí)環(huán)境狀況
圖2所示為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模塊的詳細(xì)構(gòu)成，主要包括主控模塊2-1 (MSP430G2553單片機(jī))，光學(xué)灰塵傳感器模塊2-2 (夏普GP2Y1010AU0F)，DHT11溫濕度傳感器模塊2_3，光傳感器模塊2-4，ZigBee透明傳輸模塊2-5，天線模塊2_6、2_7，ZigBee協(xié)調(diào)器模塊2_8，Mini2440構(gòu)建的Linux服務(wù)器模塊2-9，路由器2-10，用戶終端電腦2_11。
[0015]圖3所示為所述主控模塊MSP430的程序流程圖，系統(tǒng)上電后執(zhí)行初始化操作，初始化內(nèi)容包括串口(38400)、DHT11、ADC、按鍵和LED的初始化。接下來開始多次采集數(shù)據(jù)去平均值并保存到數(shù)組，當(dāng)有命令被接收時(shí)，判斷是發(fā)送數(shù)據(jù)命令還是打開/關(guān)閉設(shè)備命令，若是發(fā)送數(shù)據(jù)命令，系統(tǒng)將數(shù)據(jù)按照一定格式打包上傳，若是打開/關(guān)閉設(shè)備命令，系統(tǒng)將判斷相應(yīng)命令并執(zhí)行打開或關(guān)閉LED。
[0016]圖4所示為上位機(jī)Linux程序流程圖，上位機(jī)Linux軟件主要實(shí)現(xiàn)Mini2440對(duì)串口的操作。Mini2440通過串口把各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集到數(shù)組，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)后，以Html文本的形式輸出，使用戶可以在瀏覽器中訪問節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)。當(dāng)軟件被執(zhí)行時(shí)，首先初始化串口(38400波特率)，然后向各個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)送“發(fā)送數(shù)據(jù)”命令，當(dāng)節(jié)點(diǎn)收到命令時(shí)，將立即把數(shù)據(jù)返回，Mini2440把數(shù)據(jù)分類統(tǒng)計(jì)后輸出網(wǎng)頁(yè)，若沒有收到數(shù)據(jù)，系統(tǒng)將一直循環(huán)發(fā)送指令，直到有相應(yīng)數(shù)據(jù)收到為止。
[0017]圖5所示為用戶終端的Web監(jiān)測(cè)界面。主要功能模塊可分為產(chǎn)品說明、節(jié)點(diǎn)分布、節(jié)點(diǎn)開關(guān)、測(cè)試圖形以及數(shù)據(jù)查看。頁(yè)面使用iframe標(biāo)簽使得各個(gè)頁(yè)面在同一頁(yè)面上不進(jìn)行地址的跳轉(zhuǎn)，這樣方便用戶進(jìn)行查看和管理。其中節(jié)點(diǎn)分布界面簡(jiǎn)單說明傳感器節(jié)點(diǎn)所在位置的信息。節(jié)點(diǎn)開關(guān)界面是Mini2440開發(fā)板上的BOA服務(wù)器使用cgi (通用網(wǎng)關(guān)接口)文件來處理網(wǎng)絡(luò)邏輯相關(guān)的部分。這里設(shè)置了分布的四個(gè)節(jié)點(diǎn)的開關(guān)按鍵，開關(guān)打開時(shí)表示節(jié)點(diǎn)開啟，開關(guān)關(guān)閉時(shí)表示節(jié)點(diǎn)關(guān)閉。ZigBee網(wǎng)絡(luò)通過串口發(fā)送到Mini2440開發(fā)板上的四個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分別是:溫度、濕度、光照強(qiáng)度及PM2.5的數(shù)值。通過建立圖表的方式在Web數(shù)據(jù)顯示頁(yè)面中呈現(xiàn)出來。圖表通過橫向的對(duì)比四個(gè)節(jié)點(diǎn)同一時(shí)間同一項(xiàng)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)值，并且每隔3秒實(shí)時(shí)更新在頁(yè)面上。用戶可以實(shí)時(shí)觀察頁(yè)面數(shù)據(jù)來監(jiān)控目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境狀況。
[0018]以上已對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實(shí)施例進(jìn)行了具體說明，但本發(fā)明并不限于實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明創(chuàng)造精神的前提下還可進(jìn)行種種的等同的變型或替換，這些等同的變型或替換均包含在本申請(qǐng)的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.基于WSN的環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括傳感器節(jié)點(diǎn)、ZigBee-1P網(wǎng)關(guān)和用戶監(jiān)控終端；其特征在于: 所述傳感器節(jié)點(diǎn)包括主控模塊，傳感器模塊，透明傳輸模塊；其中傳感器模塊，透明傳輸模塊均與主控模塊連接，主控模塊選用MSP430G2553單片機(jī)，傳感器模塊包括光學(xué)灰塵傳感器，溫濕度傳感器以及光傳感器； 所述ZigBee-1P網(wǎng)關(guān)包括ZigBee協(xié)調(diào)器模塊，Mini2440數(shù)據(jù)處理模塊；ZigBee協(xié)調(diào)器模塊將各傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯聚，Mini2440數(shù)據(jù)處理模塊通過串口把各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)收集到數(shù)組，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)后，以Html文本的形式輸出，使用戶可以在瀏覽器中訪問傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)； 所述用戶監(jiān)控終端模塊采用的是bootstarp前端框架構(gòu)建的用戶監(jiān)測(cè)Web頁(yè)面；所述的ZigBee協(xié)調(diào)器模塊生成設(shè)定的PANID組建ZigBee網(wǎng)絡(luò)，ZigBee網(wǎng)路中的傳感器節(jié)點(diǎn)搜索與自身匹配PANID并加入到該網(wǎng)絡(luò)；傳感器節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)采集周圍的環(huán)境狀況數(shù)據(jù)，包括溫濕度、PM2.5濃度和光照強(qiáng)度，并將采集到的數(shù)據(jù)通過無線鏈路發(fā)送給ZigBee-1P網(wǎng)關(guān)；ZigBee-1P網(wǎng)關(guān)接收到數(shù)據(jù)后通過路由器發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)，用戶可通過互聯(lián)網(wǎng)來實(shí)時(shí)監(jiān)控傳感器節(jié)點(diǎn)周圍的實(shí)時(shí)環(huán)境狀況。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于WSN的環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明包括傳感器節(jié)點(diǎn)、ZigBee-IP網(wǎng)關(guān)和用戶監(jiān)控終端。傳感器節(jié)點(diǎn)包括主控模塊，傳感器模塊，透明傳輸模塊；ZigBee-IP網(wǎng)關(guān)包括ZigBee協(xié)調(diào)器模塊，Mini2440數(shù)據(jù)處理模塊；用戶監(jiān)控終端模塊采用的是bootstarp前端框架構(gòu)建的用戶監(jiān)測(cè)Web頁(yè)面。本發(fā)明通過三種傳感器實(shí)時(shí)采集周圍環(huán)境的溫濕度、光照以及粉塵參數(shù)，用戶可以直接通過連接互聯(lián)網(wǎng)的電腦訪問相應(yīng)網(wǎng)址就能完成對(duì)目標(biāo)區(qū)域的環(huán)境監(jiān)控，具有監(jiān)控區(qū)域的隨意性，可擴(kuò)展性，安裝方便，維修簡(jiǎn)單以及監(jiān)控實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)。
【IPC分類】G08C17-02
【公開號(hào)】CN104821071
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510172123
【發(fā)明人】駱懿, 沈佳輝, 許曉榮, 黃怡, 王海寧, 夏高裕, 居艷
【申請(qǐng)人】杭州電子科技大學(xué)
【公開日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年4月13日