CN104199431A - 基于ZigBee技术的居室环境监测系统 - Google Patents

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宋海声
刘岸果
段誉
朱珺
高明
张道
张克盛
张杰瑛
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Abstract

本发明公开了一种基于ZigBee技术的居室环境监测系统，涉及通过无线通信网络进行监控或测试的装置技术领域。所述监测系统包括若干个无线传感器组、若干个路由器、网络协调器、控制终端以及反馈控制系统，所述无线传感器组用于采集一个区域内的环境信息并将采集到的环境信息以无线传输的方式传送给路由器，多个路由器将多个无线传感器组采集的数据进行汇集后传输给网络协调器，网络协调器负责与路由器通信，网络协调器将接收到的环境信息分别传送给控制终端和反馈控制系统。所述监测系统通过使用ZigBee无线传输，实现了微型化、无线化、智能化和低成本。

Description

基于ZigBee技术的居室环境监测系统
技术领域
本发明涉及通过无线通信网络进行监控或测试的装置技术领域，尤其涉及一种基于ZigBee技术的居室环境监测系统。
背景技术
国际上对于环境监测系统研究的核心问题之一是如何采用统一的技术标准来实现各监测设备之间的连接与通信，从而设计出满足用户需求的环境监测系统。由于各国发展情况不同，总线技术标准也各异，因此，实现各监测设备之间的连接与通信方式也各有差别。目前，国内外主要采用的技术方案为有线方式。
目前，我国的家庭智能化系统还处于从无到有的初级发展阶段。近几年来，在各大公司和媒体的强大概念宣传攻势下，我国生活智能化行业逐渐形成，国内各大电器厂家也适时推出了自己的家居生活智能化系统与标准，虽然有线技术能够让各个监测设备彼此连接通信，实现对环境的监测与处理。但根据居室环境监测系统的特点，当采用有线技术方案时，它存在如下几个方面的缺点：(1)系统布线麻烦。当系统监测对象个数达到一定数量时，对各个监测点分别进行布线将是一份繁重的工作；(2)安装与维护成本高。在系统安装时，除了需要购买安装线缆外，还需购买额外的安装建材。当用户要增加或减少系统部分硬件功能时，需要专业施工人员才能完成；(3)系统可扩展性差。增加或减少新的监测对象必将要求系统具有良好的软件与硬件扩展性。硬件可扩展性是有线技术方案的主要技术难点之一。(4)移动性差，影响美观。过多的走线必将影响系统的移动性与建筑的美观性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于ZigBee技术的居室环境监测系统，所述监测系统通过使用ZigBee无线传输，实现了微型化、无线化、智能化和低成本。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种基于ZigBee技术的居室环境监测系统，其特征在于：所述监测系统包括若干个无线传感器组、若干个路由器、网络协调器、控制终端以及反馈控制系统，所述无线传感器组用于采集一个区域内的环境信息并将采集到的环境信息以无线传输的方式传送给路由器，多个路由器将多个无线传感器组采集的数据进行汇集后传输给网络协调器，网络协调器负责与路由器通信，通过管理所有路由器来实现网络化控制，网络协调器将接收到的环境信息分别传送给控制终端和反馈控制系统，所述控制终端用于显示、存储、计算上传的环境信息并根据接收到的信息下传控制指令到反馈控制系统，反馈控制系统分别接收网络协调器传送的环境信息和控制终端下传的控制指令，并根据接收到的信息控制外围模块进行动作，对环境参数进行调整。
进一步的技术方案在于：所述无线传感器组包括无线温度传感器模块、无线光照强度传感器模块、无线湿度传感器模块、无线一氧化碳传感器模块、无线一粉尘传感器模块以及无线烟雾传感器模块。
进一步的技术方案在于：所述控制终端包括本地控制终端、移动控制终端和远程控制终端，所述本地控制终端上设有GPS模块，本地控制终端通过GPS模块实现与移动控制终端进行数据交互，远程控制终端通过有线网络实现与本地控制终端进行数据交互，移动控制终端和远程控制终端通过网络访问本地终端，进行查看和监控环境信息，并可远程下传命令。
进一步的技术方案在于：所述反馈控制系统包括控制器以及与控制器连接的安防控制模块、通风控制模块、灌溉控制模块、遮阳控制模块以及有毒有害气体回收模块，控制器根据接收到的信息和下传的命令控制安防控制模块、通风控制模块、灌溉控制模块、遮阳控制模块以及有毒有害气体回收模块作出动作。
进一步的技术方案在于：所述无线传感器组使用ZigBee进行无线通信。
进一步的技术方案在于：所述无线传感器组安装在终端节点上，终端节点预先布置在室内和室外指定的位置，通过终端节点的标识符确定所隶属的路由器，路由器与隶属于它的终端节点组成星型网络，完成居室内部和外部环境的数据采集，路由器通过多跳链路将终端节点采集的居室环境参数信息传送到网络协调器。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：(1)系统采用ZigBee无线网络传输技术作为居室环境监测系统的数据传输平台，可以实现监测点的任意放置，系统组织灵活，且无线路布置；(2)系统可以实现对居室内、外环境中的多个物理对象进行单点或多点采集的功能；同时，网络中监测对象与监测点的个数还可根据用户的实际需要进行增减，不同对象的监测数据也可在同一网络中进行计算、处理与传输，系统的自适应性与兼容性好，实现了智能化；(3)系统通过多跳链路方法解决了终端节点与网络协调器的数据传输问题；(4)系统通过地控制终端、移动控制终端和远程控制终端，使数据显示与控制更加直接，使用更方便，监控速度快。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明的原理框图；
图2是本发明数据采集系统的框图；
图3是本发明中数据传输流程图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本发明公开了一种基于ZigBee技术的居室环境监测系统，所述监测系统包括若干个无线传感器组、若干个路由器、网络协调器、控制终端以及反馈控制系统，无线传感器组以及路由器的个数可以根据实际情况进行设置。一般情况下所述无线传感器组包括无线温度传感器模块、无线光照强度传感器模块、无线湿度传感器模块、无线一氧化碳传感器模块、无线一粉尘传感器模块以及无线烟雾传感器模块，当然本领域技术人员还可以根据实际情况进行种类的增加或减少。此外在本申请中所述无线传感器组使用ZigBee进行无线通信。
所述无线传感器组用于采集一个区域内的环境信息并将采集到的环境信息以无线传输的方式传送给路由器，多个路由器将多个无线传感器组采集的数据进行汇集后传输给网络协调器，网络协调器负责与路由器通信，通过管理所有路由器来实现网络化控制，网络协调器将接收到的环境信息分别传送给控制终端和反馈控制系统，所述控制终端用于显示、存储、计算上传的环境信息并根据接收到的信息下传控制指令到反馈控制系统，反馈控制系统分别接收网络协调器传送的环境信息和控制终端下传的控制指令，并根据接收到的信息控制外围模块进行动作，对环境参数进行调整。
进一步的，为了实时的掌握检测的信息，如图1所示，所述控制终端包括本地控制终端、移动控制终端和远程控制终端，所述本地控制终端上设有GPS模块，本地控制终端通过GPS模块实现与移动控制终端进行数据交互，远程控制终端通过有线网络实现与本地控制终端进行数据交互，移动控制终端和远程控制终端通过网络访问本地终端，进行查看和监控环境信息，并可远程下传命令，从而实现系统的远程控制，使用更加方便。所述反馈控制系统包括控制器以及与控制器连接的安防控制模块、通风控制模块、灌溉控制模块、遮阳控制模块以及有毒有害气体回收模块，控制器根据接收到的信息和下传的命令控制安防控制模块、通风控制模块、灌溉控制模块、遮阳控制模块以及有毒有害气体回收模块作出动作。需要说明的是，反馈系统的控制模块可以根据实际情况进行调整，也就是说，本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的模块作为被控制对象。
如图2所示，每个路由器负责管辖一个监测区域中的一部分，与各终端节点组成一个子网，子网与子网之间相对独立，终端节点上安装各种需要测量的传感器(主要为温度、湿度、光照、CO等)，负责采集数据，通过标识符确定所隶属的路由器。路由器与隶属于它的终端节点组成星型网络，完成居室内部和外部环境的数据采集。各路由器与网络协调器以多跳的通信方式实现，即路由器通过多跳链路将终端节点采集的居室环境参数信息传送到网络协调器。
终端节点预先布置在室内和室外指定的位置，负责采集温度、湿度等信息，并把采集到的信息通过无线网络发送给路由器。网络协调器负责与路由器通信，通过管理所有路由器来实现网络化控制；控制终端是居室网络集群的总控制台，也是整个居室网络监测系统的数据中心，负责整个系统的管理。这样，基于ZigBee的无线传感器网络监测区域通过网络协调器与路由器串联在一起，使监测面积得到延伸。
如图3所示，终端节点进入休眠状态，网络协调器定时发送采集命令，路由器接收到采集命令后首先传送给下一级路由器，然后广播给自身子网内的终端节点，组织一次数据采集过程；终端节点收到采集命令后从休眠状态醒来，开始采集居室内外部环境参数并将信息通过无线网络传送给路由器；路由器将收到的信息经过多跳(路由器之间的通信)后传送给网络协调器，由网络协调器将数据通过串口发送给控制终端；控制终端负责实时接收数据，并建立一个数据库存储这些数据，管理者可以通过控制终端了解到所有监测区域内的采集节点采集到的数据，也能通过调度查看某一个指定子网的实时工作状态，从而可以及时的制定控制方案。
系统采用ZigBee无线网络传输技术作为居室环境监测系统的数据传输平台，可以实现监测点的任意放置，系统组织灵活，且无线路布置；系统可以实现对居室内、外环境中的多个物理对象进行单点或多点采集的功能；同时，网络中监测对象与监测点的个数还可根据用户的实际需要进行增减，不同对象的监测数据也可在同一网络中进行计算、处理与传输，系统的自适应性与兼容性好，实现了智能化；系统通过多跳链路方法解决了终端节点与网络协调器的数据传输问题；系统通过地控制终端、移动控制终端和远程控制终端，使数据显示与控制更加直接，使用更方便，监控速度快。

Claims (6)

1.一种基于ZigBee技术的居室环境监测系统，其特征在于：所述监测系统包括若干个无线传感器组、若干个路由器、网络协调器、控制终端以及反馈控制系统，所述无线传感器组用于采集一个区域内的环境信息并将采集到的环境信息以无线传输的方式传送给路由器，多个路由器将多个无线传感器组采集的数据进行汇集后传输给网络协调器，网络协调器负责与路由器通信，通过管理所有路由器来实现网络化控制，网络协调器将接收到的环境信息分别传送给控制终端和反馈控制系统，所述控制终端用于显示、存储、计算上传的环境信息并根据接收到的信息下传控制指令到反馈控制系统，反馈控制系统分别接收网络协调器传送的环境信息和控制终端下传的控制指令，并根据接收到的信息控制外围模块进行动作，对环境参数进行调整。
2.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的居室环境监测系统，其特征在于：所述无线传感器组包括无线温度传感器模块、无线光照强度传感器模块、无线湿度传感器模块、无线一氧化碳传感器模块、无线一粉尘传感器模块以及无线烟雾传感器模块。
3.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的居室环境监测系统，其特征在于：所述控制终端包括本地控制终端、移动控制终端和远程控制终端，所述本地控制终端上设有GPS模块，本地控制终端通过GPS模块实现与移动控制终端进行数据交互，远程控制终端通过有线网络实现与本地控制终端进行数据交互，移动控制终端和远程控制终端通过网络访问本地终端，进行查看和监控环境信息，并可远程下传命令。
4.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的居室环境监测系统，其特征在于：所述反馈控制系统包括控制器以及与控制器连接的安防控制模块、通风控制模块、灌溉控制模块、遮阳控制模块以及有毒有害气体回收模块，控制器根据接收到的信息和下传的命令控制安防控制模块、通风控制模块、灌溉控制模块、遮阳控制模块以及有毒有害气体回收模块作出动作。
5.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的居室环境监测系统，其特征在于：所述无线传感器组使用ZigBee进行无线通信。
6.根据权利要求1所述的基于ZigBee技术的居室环境监测系统，其特征在于：所述无线传感器组安装在终端节点上，终端节点预先布置在室内和室外指定的位置，通过终端节点的标识符确定所隶属的路由器，路由器与隶属于它的终端节点组成星型网络，完成居室内部和外部环境的数据采集，路由器通过多跳链路将终端节点采集的居室环境参数信息传送到网络协调器。
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