CN107767618A - 基于物联网的无线环境监测系统 - Google Patents

基于物联网的无线环境监测系统 Download PDF

Info

Publication number
CN107767618A
CN107767618A CN201711142848.8A CN201711142848A CN107767618A CN 107767618 A CN107767618 A CN 107767618A CN 201711142848 A CN201711142848 A CN 201711142848A CN 107767618 A CN107767618 A CN 107767618A
Authority
CN
China
Prior art keywords
module
sensor
internet
things
node
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201711142848.8A
Other languages
English (en)
Inventor
黄雅楠
姚善化
陶静静
邓玉
李润陆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anhui University of Science and Technology
Original Assignee
Anhui University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anhui University of Science and Technology filed Critical Anhui University of Science and Technology
Priority to CN201711142848.8A priority Critical patent/CN107767618A/zh
Publication of CN107767618A publication Critical patent/CN107767618A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D21/00Measuring or testing not otherwise provided for
    • G01D21/02Measuring two or more variables by means not covered by a single other subclass
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08BSIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B19/00Alarms responsive to two or more different undesired or abnormal conditions, e.g. burglary and fire, abnormal temperature and abnormal rate of flow
    • GPHYSICS
    • G08SIGNALLING
    • G08CTRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00Network-specific arrangements or communication protocols supporting networked applications
    • H04L67/12Network-specific arrangements or communication protocols supporting networked applications adapted for proprietary or special purpose networking environments, e.g. medical networks, sensor networks, networks in a car or remote metering networks
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04WWIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00Network topologies
    • H04W84/18Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks

Abstract

基于物联网的无线环境监测系统,包括ZigBee无线通信网络模块和主核心控制模块;所述ZigBee无线通信网络模块包含多个终端节点,所述每个终端节点由CC2530射频模块、液晶显示模块、串口通信模块、键盘模块、电源模块和传感器模块组成;所述主核心控制模块由监测平台、GPRS、WIFI模块、手机应用客户端和协调器节点组成,所述协调器节点由8051MCU CC2530核心、数据存储模块、电源模块、JTAG接口模块和串口通信模块组成。本发明具有性能稳定、低速率、低功耗、延时短和短距离传输的优点,提高了该系统的自动化程度,实现了室内室外区域化环境数据实时监测的目标,达到了手机和监控平台实时监控的效果。

Description

基于物联网的无线环境监测系统
技术领域
[0001] 本发明涉及环境监测技术领域,尤其涉及一种基于物联网的无线环境监测系统。
背景技术
[0002] 随着社会的高速发展,人们的生活水平不断提高,各类污染源也不断增加,尤其是 制造领域、化工领域,各种废气的肆意排放使得空气质量状况越来越差,空气状况关乎人们 的身体健康,我们迫切的需要知道所处的环境状况,从而尽快的从源头上改善环境。然而现 状是依靠我们自身的感知无法知晓所处的环境状况如何,而且现有的检测设备比较单一, 只能检测某一种污染源,不能实现无线获取环境数据和远程监测环境状况。
[0003] 随着雾霾天气的频繁出现,空气质量越来越受到人们重视。但人们关注并监测室 外空气质量的同时,对室内的环境空气质量却缺乏足够的关注与重视。据统计,全球近一半 的人处于室内空气污染中,室内环境问题对我们来讲,就显得尤为主要。不仅对人体健康产 生很大的危害,而且一些例如制药工厂和汽车喷涂车间的工业环境,在工作时对空气里的 粉尘颗粒数量有极为严格的要求,超过一定数量就会影响工艺运转和最终的产品品质。这 些行业的现状往往是在生产过程中定时的用空气微小颗粒计数器来检测粉尘颗粒数量。
[0004] 如今物联网技术已经深入社会生活的方方面面,运用物联网技术进行环境状况监 测已成为研宄的热点。随着物联网概念的兴起,无线传感器网络和无线通信在很大一部分 空间得到了广泛的应用。目前,传统方式下,大部分环境监测系统采用有线通讯布网方式和 人工测量的方法,普遍布线困难、组网复杂、测量误差大、作业效率低,使用的线缆成本很高 且对电力电缆的依赖性很强,不利于设备安装与拆移升级;且系统不易维护、功耗较大、远 距离场合难以实现有效监测。
发明内容
[0005] 本发明的目的是提供一种基于物联网的无线环境监测系统,本发明具有性能稳 定、低速率、低功耗、延时短和短距离传输的优点,提高了该系统的自动化程度,实现了室内 室外区域化环境数据实时监测的目标,达到了手机和监控平台实时监控的效果。
[0006] 为实现本发明之目的,采用以下技术方案:基于物联网的无线环境监测系统,包括 ZigBee无线通信网络模块和主核心控制模块;所述ZigBee无线通信网络模块包含多个终端 节点,所述每个终端节点由CC2530射频模块、液晶显示模块、串口通信模块、键盘模块、电源 模块和传感器模块组成;所述主核心控制模块由监测平台、GPRS、WIFI模块、手机应用客户 端和协调器节点组成,所述协调器节点由8〇5lMCU CC2530核心、数据存储模块、电源模块、 JTAG接口模块和串口通信模块组成;所述CC2530射频模块分别连接液晶显示模块、串口通 信模块、键盘模块、电源模块、传感器模块,所述8〇5lMCU CC2530核心分别连接数据存储模 块、电源模块、JTAG接口模块、串口通信模块,所述终端节点与协调器节点通过ZigBee网络 通信,所述协调器节点通过所连接的WIFI模块与手机应用客户端相连,所述协调器节点通 过串口连接监测平台,所述GPRS通过串口通信与协调器节点相连。
[0007] 优选地,所述传感器模块包含数字温湿度传感器、灰尘传感器、烟雾传感器、PM2.5 激光粉尘传感器、TV0C可挥发性气体检测传感器、甲醛传感器。
[0008] 优选地,所述传感器模块中的数字温湿度传感器选用SHT11型号。
[0009]优选地所述传感器模块中的灰尘传感器选用的是夏普第光学灰尘传感器 GP2Y1010AU0F。
[0010]优选地,所述传感器模块中的烟雾传感器选用的是MQ135烟雾传感器。
[0011] 优选地,所述WIFI模块采用的是ESP8266,ESP8266工作在AP模式。
[0012] 优选地,所述GPRS数据传输模块选用的是MC39i,它是由900MHz/1800MHz双频通信 和GSM模块构成。
[0013] 与现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0014] 本发明实现了环境状况的无线实时监测,通过使用检测精度较高的传感器,保证 了环境检测数据准确、可靠;采用基于ZigBee协议标准的无线传感器网络,使系统具有性能 稳定、低速率、低功耗、延时短和短距离传输等特点;在PC机上采用LabVIEW构成监测显示数 据的上位机平台,实现对网络采集的数据传输、存储和分析;通过WIFI还可实现手机应用客 户端对环境数据的实时监测;系统实现了室内室外区域化数据监测,无线化的监测系统具 有较好的应用前景。
附图说明
[0015] 图1是本发明的系统结构示意图。
[0016] 图2是本发明的协调器节点软件流程图。
[0017]图3是本发明的终端传感器节点软件流程图。
具体实施方式
[0018] 下面将结合本发明中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描 述。
[0019] 如附图1所示,基于物联网的无线环境监测系统,包括ZigBee无线通信网络模块和 主核心控制模块;所述ZigBee无线通信网络模块包含多个终端节点;所述每个终端节点由 CC2530射频模块、液晶显示模块、串口通信模块、键盘模块、电源模块和传感器模块组成;所 述主核心控制模块由监测平台、GPRS、WIFI模块、手机应用客户端和协调器节点组成,所述 协调器节点由8051M⑶CC2530核心、数据存储模块、电源模块、JTAG接口模块和串口通信模 块组成;所述CC2530射频模块分别连接液晶显示模块、串口通信模块、键盘模块、电源模块、 传感器模块,所述8051M⑶CC2530核心分别连接数据存储模块、电源模块、JTAG接口模块、 串口通信模块,所述终端节点与协调器节点通过ZigBee网络通信,所述协调器节点通过所 连接的WIFI模块与手机应用客户端相连,所述协调器节点通过串口连接监测平台,所述 GPRS通过串口通信与协调器节点相连。
[0020] 优选地,所述传感器模块包含数字温湿度传感器、灰尘传感器、烟雾传感器、PM2 • 5 激光粉尘传感器、TV0C可挥发性气体检测传感器、甲醛传感器。
[0021] 优选地,所述传感器模块中的数字温湿度传感器选用SHT11型号。
[0022]优选地所述传感器模块中的灰尘传感器选用的是夏普第光学灰尘传感器 GP2Y1010AU0F。
[0023]优选地,所述传感器模块中的烟雾传感器选用的是MQ135烟雾传感器。
[0024]优选地,所述WIFI模块采用的是ESP8266,ESP8266工作在AP模式。
[0025]优选地,所述GPRS数据传输模块选用的是MC39i,它是由900MHz/1800MHz双频通信 和GSM模块构成。
[0026]本发明的工作原理:终端节点中的传感器模块进行环境温湿度、灰尘含量、烟雾浓 度、粉尘含量、挥发性气体浓度、甲醛浓度等数据的采集,CC2530射频模块对采集到的数据 分析、显示和存储,通过ZigBee网络和协调器节点通信,将数据传送给协调器节点,协调器 节点将接收到的数据分析处理,然后通过WIFI模块将数据发送到手机应用客户端、通过串 口传输给实时的监测平台,可以实现手机能够实时查看监测到的环境数据,监测平台对多 个现场终端节点采集的数据进行实时的存储、分析和屏幕图像的交替显示,同时通过在采 集终端节点时需要设置不同的发送数据时间间隔,避免彼此之间发生千扰,然后再将各节 点采集的数据存储到数据库中,方便以后查看数据,预先设定环境温湿度、灰尘含量、烟雾 浓度、粉尘含量、挥发性气体浓度、甲醛浓度等阈值,一旦超过预定的值,监控平台相应指示 灯点亮,提醒相关人员做相应的处理,同时监控平台还可通过发布相应的控制指令,根据实 际需求设定收集哪些传感器节点发送的数据,可最大限度的综合利用传感器节点,进行室 内或室外环境的检测。
[0027]系统软件设计包括:ZigBee技术、协调器节点、终端节点和监测平台。
[0028] ZigBee协议栈的重要核心部分是网络层(NWK),其功能包括:网络的组建与查找、 路由器和协调器节点的初始化、设备自动连接网络、自动断开网络连接、设备复位功能、接 收机同步数据和数据库维护等。
[0029] ZigBee协议网络选用簇树拓扑结构,它具备网络的多跳自组织能力,成本比较低, 能较好的满足基本的需求。
[0030] ZigBee技术具备管理电压的功能,所以能量损耗主要在于节点之间使用了无线通 信的方式。终端节点与路由节点之间距离不远的时候,可利用RSSI (Received Signal Strength Indication接收信号的强度指示)值调整到较小的发送功率能够得到较好的通 信保障,调整不同节点之间的发射功率,以免节点在固定的发射功率时造成不必要损耗。当 RSSI值调节到比较大的时候,表明节点之间的通信质量不错,可以适当地降低节点之间的 发送功率,同时RSSI值也逐渐变小,所以需要一个能够保障节点之间通信可靠性的数值,其 结构现场终端向路由节点发送功率校正的指令,当路由节点接收到返回的RSSI值时候,终 端节点可以根据自己的实际情况来调整发射功率。
[0031] 协调器节点是整个传感器网络的主控部位,其主要负责组建网络,允许节点请求 加入网络和短地址分配等特点,协调器节点软件流程图如附图2所示。协调器上电后,由启 动代码来初始化软硬件模块,然后协调器会扫描信道,查看是否新建立ZigBee网络成功。如 果成功,整个模块就进入无线监控模式下,当有节点请求加入网络时,协调器会自动分配地 址。最后将其新的网络节点地址存储处理,更新和显示关联设备的数据,协调器节点便接收 传感器节点传送来的数据,并将其传送到上位机,然后指令请求中断返回,形成一个多循环 实时监测数据模式。
[0032]终端节点和协调器节点之间通过Z i gBee网络通信,将传感器节点采集到的环境实 时数据进仃S埋和仔$,洛;5冉彳寸数据传送绐协调器节点,传感器节点软件流程图如附图 3。终端节点具有数据采集、分析和存储等功能,将采集的数据传输给上一级模块。终端节点 上电后,先设备初始化,查看网络是否成功加入,然后请求加入ZigBee网络,将网络地址发 送给协调器。新加入的节点必须通过已存在网络中的全功能设备才能成功入网络,在通信 范围内的全功能设备会请求加入ZigBee网络,然后会为其节点分配一个独一无二的ID。最 后在进入休眠与唤醒采集数据之间循环,低功耗工作模式。~ °
[0033]本系统上位机监测平台采用的是LabVIEW软件制作,上位机的功能是与协调器节 点与现场终端节点进行通信,实现传感器节点的数据分析、显示、更新和存储等特点。
[0034]系统硬件设计主要包括:核心控制模块CC2530、WIFI模块、现场终端节点传感器和 GPRS模块。
[0035]核心控制模块选用的是TI公司的CC2530模块,该芯片上集成了 ZigBee为基础的 2.4GHz ISM应用波段、增强型8〇5lMCU、8kbyte的RAM和256kbyte的Flash存储器,还包含MAC 定时器、时钟模块及通定时器,具有8路输入的12位模数转换器(ADC),加密处理器,上电、复 位和放电,看门狗定时器和通用的I/O端口。CC2S30在主动发送模式时电流为29mA,主动接 收模式时电流为24mA,其比较适合应用于超低功耗系统中。
[0036] WIFI模块可以实现STA/AP/STA+AP 3种工作模式。本系统串口转换WIFI模块采用 的是ESP8266,其工作在AP模式。WIFI模块ESP8266作为TCP通信的服务器端,手机是TCP通信 的客户端。手机打开WIFI无线局域网功能后,连接WIH模块ESP8266发射的无线热点,手机 就可以与ESP8266实现通信,达到了一种手机能够实时查看监测到的环境数据。
[0037] GPRS为数据传输模块选用的是西门子生产的MC39i,它是由900MHz/1800MHz双频 通信和GSM模块构成,该模块的性价比和稳定性都比较好,而且还提供了数字信号传输、语 音、短消息及其传真,它不仅具备为用户提供RS-232串口接口、SIM卡接口以及语音等功能, 而且还具有低功耗(处于睡眠状态时电流为3mA)、结构简单等特点。MC39i模块通过串口通 信与协调器相连,从而实现ZigBee监测网络内数据传输。
[0038]本发明提出的基于物联网的无线环境监测系统,通过硬件架构和软件体系的结 合,充分考虑了环境的温湿度及灰尘、烟雾浓度等特征,采用基于ZigBee协议标准的无线传 感器网络温湿度、灰尘、烟雾等监测系统方案,在PC机上采用LabVIEW构成监测显示数据的 上位机平台,实现对网络采集的数据传输、存储、和分析,从而实现真正意义上的无线环境 数据实时监测,具有性能稳定、低速率、低功耗、延时短、短距离传输、网络存储量大且具有 自动组网和自愈功能等特点,其不仅能够提供自动化程度,而且还实现区域化环境数据实 时监测,同时还可实现手机应用客户端对环境数据的实时监测。
[0039]显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,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它实 施例,都属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.基于物联网的无线环境监测系统,包括ZigBee无线通信网络模块和主核心控制模 块;所述ZigBee无线通信网络模块包含多个终端节点,所述每个终端节点由CC2530射频模 块、液晶显示模块、串口通信模块、键盘模块、电源模块和传感器模块组成;所述主核心控制 模块由监测平台、GPRS、WIFI模块、手机应用客户端和协调器节点组成,所述协调器节点由 8051MCU CC253〇核心、数据存储模块、电源模块、JTAG接口模块和串口通信模块组成;所述 CC253〇射频模块分别连接液晶显示模块、串口通信模块、键盘模块、电源模块、传感器模块, 所述8〇5lMCU CC253〇核心分别连接数据存储模块、电源模块、JTAG接口模块、串口通信模 块,所述终端节点与协调器节点通过ZigBee网络通信,所述协调器节点通过所连接的WIFI 模块与手机应用客户端相连,所述协调器节点通过串口连接监测平台,所述GPRS通过串口 通信与协调器节点相连。
2. 根据权利要求1所述的基于物联网的无线环境监测系统,其特征在于:所述传感器模 块包含数字温湿度传感器、灰尘传感器、烟雾传感器、PM2.5激光粉尘传感器、TVOC可挥发性 气体检测传感器、甲醛传感器。
3. 根据权利要求1所述的基于物联网的无线环境监测系统,其特征在于:所述传感器模 块中的数字温湿度传感器选用SHT11型号。
4. 根据权利要求1所述的基于物联网的无线环境监测系统,其特征在于:所述传感器模 块中的灰尘传感器选用的是夏普第光学灰尘传感器GP2Y1010AU0F。
5. 根据权利要求1所述的基于物联网的无线环境监测系统,其特征在于:所述传感器模 块中的烟雾传感器选用的是MQ135烟雾传感器。
6. 根据权利要求1所述的基于物联网的无线环境监测系统,其特征在于:所述WIFI模块 采用的是ESP8266,ESP8266工作在AP模式。
7. 根据权利要求1所述的基于物联网的无线环境监测系统,其特征在于:所述GPRS数据 传输模块选用的是MC39i,它是由900MHz/1800MHz双频通信和GSM模块构成。
CN201711142848.8A 2017-11-17 2017-11-17 基于物联网的无线环境监测系统 Pending CN107767618A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711142848.8A CN107767618A (zh) 2017-11-17 2017-11-17 基于物联网的无线环境监测系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711142848.8A CN107767618A (zh) 2017-11-17 2017-11-17 基于物联网的无线环境监测系统

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN107767618A true CN107767618A (zh) 2018-03-06

Family

ID=61278168

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711142848.8A Pending CN107767618A (zh) 2017-11-17 2017-11-17 基于物联网的无线环境监测系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107767618A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109271234A (zh) * 2018-08-29 2019-01-25 郑州云海信息技术有限公司 一种监控信息收集方法、装置及设备
CN110672962A (zh) * 2019-10-22 2020-01-10 东莞市鸿茂物联网科技有限公司 一种用电设备状态监测系统
CN110725567A (zh) * 2019-09-12 2020-01-24 新疆天地集团有限公司 一种基于物联网的房屋建筑结构
CN111246553A (zh) * 2020-01-17 2020-06-05 广西师范大学 一种功率自调节频段自适应低功耗无线自组网方法与装置

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109271234A (zh) * 2018-08-29 2019-01-25 郑州云海信息技术有限公司 一种监控信息收集方法、装置及设备
CN109271234B (zh) * 2018-08-29 2021-10-15 郑州云海信息技术有限公司 一种监控信息收集方法、装置及设备
CN110725567A (zh) * 2019-09-12 2020-01-24 新疆天地集团有限公司 一种基于物联网的房屋建筑结构
CN110725567B (zh) * 2019-09-12 2020-06-26 新疆天地集团有限公司 一种基于物联网的房屋建筑结构
CN110672962A (zh) * 2019-10-22 2020-01-10 东莞市鸿茂物联网科技有限公司 一种用电设备状态监测系统
CN111246553A (zh) * 2020-01-17 2020-06-05 广西师范大学 一种功率自调节频段自适应低功耗无线自组网方法与装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107767618A (zh) 基于物联网的无线环境监测系统
CN202720001U (zh) 基于无线传感器网络的空气污染实时监测系统
CN202048933U (zh) 基于无线传感器网络的温室监测系统
CN201262704Y (zh) 一种用于住宅节能的无线监控装置
CN204347601U (zh) 一种基于物联网与云计算的家居生活环境监测终端
CN107316450A (zh) 一种基于无线传感器网络的输电线路监控系统
CN101730301A (zh) 一种无线传感器网络及基于该传感器网络的水质监测系统
CN201623860U (zh) 一种无线传感器网络及基于该传感器网络的水质监测系统
CN109100966B (zh) 一种基于异构物联网的大气环境监测系统及其监控方法
CN102883340A (zh) 适用于无网络覆盖地区的远程中转传输系统及其传输方法
CN104507134A (zh) 一种基于物联网的无线数据信息采集系统
CN208850076U (zh) 基于NB-IoT的室内环境监测系统
CN202793626U (zh) 无线温湿度测量系统
CN103400490A (zh) 基于Wi-Fi的环境监测系统及监测方法
CN202475486U (zh) 一种振弦式传感器监测网络
CN203055141U (zh) 一种基于无线传感器网络的二氧化碳监测系统
Luo et al. The implementation of wireless sensor and control system in greenhouse based on ZigBee
CN112654022A (zh) 基于LoRa通讯的电力系统物联网数据采集系统
Zhang et al. Application of WSN in precision forestry
CN201654011U (zh) 文物存护环境多参数智能化实时监测系统
CN202661192U (zh) 一种基于ZigBee技术的物联网无线温度测量系统
CN203561382U (zh) 城市森林保健监测系统
Zhang et al. Water pollution monitoring system based on Zigbee wireless sensor network
Ji et al. Indoor environment remote monitoring system based on nb-iot
CN103338237A (zh) 一种基于zigbee技术和以太网的环境监控系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination