CN104299391A - 室外环境实时监测系统 - Google Patents

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CN104299391A CN201410611642.5A CN201410611642A CN104299391A CN 104299391 A CN104299391 A CN 104299391A CN 201410611642 A CN201410611642 A CN 201410611642A CN 104299391 A CN104299391 A CN 104299391A
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刘桂江
石冬冬
张超
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Abstract

室外环境实时监测系统，本系统由基于ZigBee的无线传感器网络、GSM通信模块、红外报警模块三大部分组成，所述GSM通信模块、红外报警模块均通过无线射频连接到ZigBee的无线传感器网络，所述基于ZigBee的无线传感器网络包括ZigBee无线组网、数据采集模块，所述ZigBee无线组网是由若干个节点组成的无线网络，所述ZigBee无线组网各节点与数据采集模块相连接。本发明采用ZigBee技术对传感器模块进行自组网，实现无线传感器节点间的相互通信，可布放多个传感器网节点，实现环境数据的实时监控，同时可对家电实现远程控制，解决数据的实时传递、共享以及远程控制等问题，实现低功耗、低成本的运作。

Description

室外环境实时监测系统
 
技术领域：
    本发明涉及空气检测技术领域，具体涉及一种室外环境实时监测系统。
背景技术：
目前，我国正在运行的空气质量自动监测系统主要以干法仪器为主，一台设备测量一个或最多两个参数的引进设备。近年来，国内部分城市引进了国外的基于差分光谱法(也称长光程法)原理的设备，对SO2、NO2、O3等参数进行测量。DOAS大气环境质量监测系统是一种长光程空气质量监测技术，在出射狭缝处用光电倍增管探测，得到吸收光谱，吸收光谱包含了大量来自大气分子、气溶胶的散射，通过对吸收光谱进行高阶多项式拟合，将差分吸收光谱与实验室获得的吸收分子的标准浓度的参考光谱进行拟合，计算出浓度。由于该系统采用线采样，采样代表性较传统的点式有较大的改善。DOAS广泛用在紫外和可见波段范围，监测标准污染物SO2、NO2、O3和苯系物等，但测量的种类仅限于对该波段的窄吸收光谱线的气体成分，其监测中受水汽和气溶胶影响较大，而且其主要缺点在于监测形式单一，在人口集中等区域，需要较大的资金投入来布置大量检测设备，且功耗大。
发明内容：
为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：本系统由基于ZigBee的无线传感器网络、GSM通信模块、红外报警模块三大部分组成，所述GSM通信模块、红外报警模块均通过无线射频连接到ZigBee的无线传感器网络，所述基于ZigBee的无线传感器网络包括ZigBee无线组网、数据采集模块，所述ZigBee无线组网是由若干个节点组成的无线网络，所述ZigBee无线组网各节点与数据采集模块相连接。
优选的，所述GSM通信模块通过单片机上的无线射频装置与ZigBee的无线传感器网络无线连接。
优选的，所述红外报警模块通过单片机上的无线射频装置与ZigBee的无线传感器网络无线连接。
优选的，所述数据采集模块通过通用接口将数据传到微处理模块，再经ZigBee无线通信模块传输到各终端，各节点通用接口、微处理模块、无线通信模块均采用电池供电。
优选的，所述数据采集模块包括温湿度传感器、气体传感器、红外热释电传感器。
优选的，所述温湿度传感器采用DHT11。
优选的，所述气体传感器采用MQ135。
本发明针对目前人们对环境安全的关注程度，特别是在人口集中的小区等，采用ZigBee技术对传感器模块进行自组网，实现无线传感器节点与主节点之间的相互通信，可布放多个基于ZigBee的无线传感器网节点，实现环境数据的实时监控，同时可利用GSM无线通信技术对家电实现远程控制，解决了环境数据的实时传递、共享以及远程控制家电设备等技术问题，同时实现低功耗、低成本的运作。
附图说明：
图1是本系统的结构示意图；
图2为ZigBee无线组网各节点与数据采集模块的连接示意图；
图3为温湿度传感器与单片机的连接电路图；
图4为GSM模块与单片机连接电路图；
图5为红外报警模块的电路连接图。
具体实施方式：
参见图1，本系统由三大部分组成：基于ZigBee的无线传感器网络、GSM通信模块、红外报警模块。
    一、基于ZigBee的无线传感器网络。
    基于ZigBee的无线传感器网络包括ZigBee无线组网、数据采集模块，所述ZigBee无线组网是组成整个系统的重点部分，该部分的主要功能是组建一个由若干个节点组成的无线网络，实现数据的实时无线传输，所述数据采集模块包括温湿度传感器、气体传感器、红外热释电等传感器，所述ZigBee无线组网各节点根据需要连接相应的传感器，基于ZigBee的无线传感器网络的构建根据以下原理进行：
    1、ZigBee核心模块采用的芯片CC2530是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案，它能够以非常低的材料成本建立强大的网络节点，CC2530结合了领先RF收发器的优良性能，内部集成了业界标准的增强型8051 CPU、8-KB RAM和许多其它强大的功能，CC2530具有不同的运行模式，使得它尤其适应超低功耗要求的系统，运行模式之间的转换时间较短，进一步确保了低能源消耗，组建一个完整的ZigBee无线组网包括两个步骤：网络初始化、节点加入网络。其中节点加入网络又包括两个步骤：通过与协调器连接入网和通过已有父节点入网。
    2、传感器数据采集
    数据采集模块主要采集环境温湿度和主要空气污染物。
    参见图3，温湿度传感器采用DHT11，DHT11是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性，传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接，   DHT11传感器与单片机的连接电路图如图3所示。
    基于ZigBee的温湿度数据采集功能的实现主要分三个步骤：
    在裸机上完成对DHT11的驱动；
    将程序添加到协议栈代码中；
    将数据打包并按照指定的方式发送给指定的设备。
    气体传感器采用MQ135，MQ135所使用的气敏材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)，当传感器所处环境中存在污染气体时，传感器的电导率随空气中污染气体浓度的增加而增大，使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出信号。MQ135气体传感器对氨气、硫化物、苯系蒸汽的灵敏度高，对烟雾和其它有害气体的监测也很理想，这种传感器可检测多种有害气体，是一款适合多种应用的低成本传感器。
    气体传感器的数据采集功能的实现功能与温湿度传感器相似。
    3、参见图2，本发明ZigBee无线组网各节点与数据采集模块的连接和工作方式是通过温湿度传感器、气体传感器采集空气中的温湿度和硫化物、氮化物等有害气体的浓度，通过热释电红外传感器探测人体辐射，数据由通用接口传到微处理模块进行相应的处理，处理后的数据通过ZigBee无线通信模块传输到各终端（显示屏），各节点通用接口、微处理模块、无线通信模块均采用电池供电，使传感器的体积变小，应用起来更加小巧灵活。
二、红外报警模块
参见图5，所述红外报警模块包括单片机、蜂鸣器，在传感器数据采集的程序中预先设定环境参数阈值，当采集的数据超过阈值时启动红外报警模块，热释电红外传感器探测到有人靠近时，设置在监测点上的红外探头将人体辐射的红外光谱转变成电信号，经基于ZigBee的无线传感器网络发送至AT89C51单片机上的无线射频装置，经单片机处理运算后驱动执行报警电路使蜂鸣器发出响声，从而警示人群该区域的有害气体浓度较大，小心接近。
三、GSM通信模块
参见图4，所述GSM通信模块包括单片机、GSM模块，传感器采集到的数据经ZigBee无线通信模块传输到51单片机上的无线射频装置，再经GSM模块发送至用户手机终端，另外还将所要控制的家电的两条线连到单片机控制的继电器上，当环境参数达到设定的阈值时，人们可通过手机终端发送指令（短信或者电话）到GSM模块，再通过单片机控制的继电器实现对家电的远程控制，如关闭窗户，打开排气扇，防止有害气体在屋内聚积，最大程度的减小对人体的伤害。

Claims (7)

1.室外环境实时监测系统，其特征在于，本系统由基于ZigBee的无线传感器网络、GSM通信模块、红外报警模块三大部分组成，所述GSM通信模块、红外报警模块均通过无线射频连接到ZigBee的无线传感器网络，所述基于ZigBee的无线传感器网络包括ZigBee无线组网、数据采集模块，所述ZigBee无线组网是由若干个节点组成的无线网络，所述ZigBee无线组网各节点与数据采集模块相连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述GSM通信模块通过单片机上的无线射频装置与ZigBee的无线传感器网络无线连接。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述红外报警模块通过单片机上的无线射频装置与ZigBee的无线传感器网络无线连接。
4.根据权利要求1或2或3所述的系统，其特征在于，所述数据采集模块通过通用接口将数据传到微处理模块，再经ZigBee无线通信模块传输到各终端，各节点通用接口、微处理模块、无线通信模块均采用电池供电。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述数据采集模块包括温湿度传感器、气体传感器、红外热释电传感器。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述温湿度传感器采用DHT11。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述气体传感器采用MQ135。
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