CN201364640Y - 一种基于Zigbee技术的无线温湿度监测系统 - Google Patents

一种基于Zigbee技术的无线温湿度监测系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供了一种基于Zigbee技术的无线温湿度监测系统，包括用于查询、监控、设定温湿度数据报警阀值等的监控计算机、用于采集空气中的温湿度信号的采集模块、向监控计算机转接和传送温湿度数据的网关，所述采集模块采用Zigbee通信协议与网关进行连接通信，所述的网关通过网络与监控计算机连接。通过强大的组网软件和网络平台以及无线网络收发终端，随时监测环境状态，并通过图形用户界面直观、动态地显示出来，提供远程监控管理功能，此外通过网关对采集节点采集的环境温湿度参数数据进行判断分析，发现故障或参数异常，即时采取监控界面或声光报警形式显示出来。

Description

一种基于Zigbee技术的无线温湿度监测系统
技术领域
本实用新型涉及一种温湿度监测系统，特别是涉及一种基于Zigbee技术的无线温湿度监测系统。
背景技术
Zigbee是一个由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台，整个Zigbee网络还可以与现有的其它的各种网络连接。Zigbee技术功耗低、时延短、可靠、成本低、网络容量大、安全、高保密性而广泛应用于各种自动控制领域。在仓库及其他类似场所或环境，温湿度的有效监测无疑对生产生活有着重要意义，目前常用的温湿度监测系统主要为人工方式和有线连接的网络监测模式。采用人工方式数据具有滞后性且不能起到预警作用，有线连接模式存在着布网方式不灵活的缺陷。
发明内容
针对上述问题本实用新型提供了一种基于Zigbee技术可以实时预警而又布网灵活的温湿度监测系统。
所述的一种基于Zigbee技术的无线温湿度监测系统，包括用于查询、监控、设定温湿度数据报警阀值等功能的监控计算机、用于采集空气中的温湿度信号的采集模块、向监控计算机转接和传送温湿度数据的网关，所述采集模块采用Zigbee通信协议与网关进行连接通信，所述的网关通过网络与监控计算机连接。
所述的采集模块由数目不超过65000个分布在不同环境区域采集节点组成。
所述采集节点包括：用于监测区内信息的采集和进行数据转换的温湿度传感器模块、直流电源模块、所述的温湿度传感器模块、数据处理模块、直流电源模块通过电路连接，其中所述的温湿度传感器模块包括温湿度传感器及其外围电路；所述的数据处理模块包括中心处理器及其外围电路。
进一步地，所述的温湿度传感器模块的温湿度传感器可以采用SHT10；所述的数据处理模块的中心处理器可以采用CC2430芯片。
进一步地，所述的采集节点的数据处理模块还包含用于在线烧录程序的JTAG接口。
所述的网关，包括数据接收模块、LCD接口电路、SD卡接口电路、声光报警电路、数据处理模块、按键处理模块、RJ45接口，各部分通过电路连接。所述的数据接收模块包括负责接收数据的射频芯片及其外围电路，所述的数据处理模块包括用于处理数据的ARM芯片及其外围电路。所述的SD卡接口电路可以连接有SD存储卡。
进一步地，所述的负责接收数据的射频芯片可以采用CC2430芯片；所述的处理数据的ARM芯片可以采用LM3S8970芯片。
进一步地，所述的网关还包括RS485接口。
再进一步地，所述的网关的数据接收模块和数据处理模块还包括用于在线烧录程序的JTAG接口。
本实用新型的有益效果：
本实用新型，解决了无线环境检测问题，在无线Zigbee技术平台上很好的实现了无线监测时延短、可靠、成本低、网络容量大、布网方式灵活、安全性高等功能特征。
附图说明
图1为本实用新型的原理框图；
图2为本实用新型的采集模块的采集节点原理框图；
图3为本实用新型的采集节点的数据处理模块的原理图；
图4为本实用新型的采集节点的温湿度传感器模块的原理图；
图5为本实用新型网关的的LCD接口电路的原理图；
图6为本实用新型的网关的数据接收模块的原理图；
图7为为本实用新型的网关的数据接收模块的JTAG接口电路图；
图8为为本实用新型的网关的的SD卡接口电路的原理图；
图9为为本实用新型网关的的声光报警电路的原理图；
图10为为本实用新型的网关的电源模块原理图；
图11为本实用新型的网关的数据处理模块的原理图；
图12为本实用新型的网关的按键处理模块的原理图；
图13为本实用新型的网关的RS485接口电路图；
图14为本实用新型的网关的RJ45接口电路图；
图15为本实用新型的网关的数据处理模块的JTAG接口电路图。
具体实施方式
参考附图1，本实用新型的一个具体实施方式如下：
所述的一种基于Zigbee技术的无线温湿度监测系统，包括用于查询、监控、设定温湿度数据报警阀值等功能的监控计算机、用于采集空气中的温湿度信号的采集模块、向监控计算机转接和传送温湿度数据的网关，所述采集模块采用Zigbee通信协议与网关进行连接通信，所述的网关通过网络与监控计算机连接。
所述的采集模块由数目不超过65000个分布在不同环境区域采集节点组成，各个采集节点之间采用Zigbee通信协议进行通信。
参见附图2，所述的采集节点包括：用于监测区内信息的采集和进行数据转换的温湿度传感器模块、直流电源模块、所述的温湿度传感器模块、数据处理模块、直流电源模块通过电路连接，其中所述的温湿度传感器模块包括温湿度传感器及其外围电路；参见附图3，所述的数据处理模块包括中心处理器及其外围电路。所述的中心处理器可采用CC2430芯片，兼顾数据获取，处理以及无线射频功能，它负责整个终端节点的操作，存储和处理本身采集的数据以及其他节点发来的数据。
参见附图4，所述的温湿度传感器模块包括温湿度传感器及其外围电路；所述的温湿度传感器可采用低功耗的温湿度传感器SHT10，负责监测区内信息的采集和数据转换。
所述的直流电源模块，可以采用电池供电，用于为采集模块提供直流3.3V电压，其具体连接方式在附图3中可以看到。
进一步地，所述的采集节点的数据处理模块还包含用于在线烧录程序的JTAG接口，方便用户能够迅捷地更新系统功能，所述的JTAG接口的具体连接方式在附图3中可以看到。图3中的P1及其外围电路即为JTAG接口电路图。
所述的采集节点的数据处理模块和温湿度传感器SHT10之间采用I2C总线实现通信，通过I2C接口定时读出传感器采集的温湿度数据，并且将数据通过CC2430传至下一个采集节点，如有敏感数据(其定义可根据应用场所的实际需要来设定)，实时向网关传输。
所述的采集节点将采集的的温湿度数据上传到距离其最近的采集节点，采集节点自身选择距离网关最近的路径，经过多跳将数据上传到网关，再由网关发送到监控计算机进行监控。
所述的网关，包括数据接收模块、LCD接口电路、SD卡接口电路、声光报警电路、数据处理模块、按键处理模块、电源模块、RJ45接口，各部分通过电路连接。
参见附图6，所述的网关的数据接收模块包括负责接收数据的射频芯片及其外围电路，所述射频芯片可以采用CC2430。
所述的LCD接口电路用于连接LCD屏，其具体原理图可参见附图5。
所述的SD卡接口电路用于外接SD存储卡，其具体原理图可参见附图8。
所述的RJ45接口，用于和监控计算机进行网络连接，其原理图可参见附图14。
参见附图11，所述的网关的数据处理模块包括用于处理数据的ARM芯片及其外围电路，所述数据处理模块的ARM芯片可以采用LM3S8970。
所述的声光报警电路，用于对监测到的数据异常时进行报警，其具体原理可参见附图8。
所述的电源模块，用于为网关的正常工作进行供电，具体连接可参见附图10。
进一步地，所述的网关还包括RS485接口，可通过RS485-RS232转换器转接到监控计算机的RS-232接口将温湿度数据传送到监控计算机。
进一步地，所述的网关的数据接收模块和数据处理模块还包括用于在线烧录程序的JTAG接口。所述的数据接收模块中的JTAG接口电路可参见附图7，包括JTAG1及其外围电路；所述的数据处理模块的JTAG接口电路可参见附图15。
通过网关数据接收模块接收到采集节点的原始温湿度数据后直接将数据转发给网关ARM数据处理部分，由数据处理模块的ARM处理芯片LM3S8970来对原始数据按一定的算法进行处理，将处理后的有效数据再通过串口传给CC2430，CC2430通过显示驱动将其显示在LCD屏上。
所述的网关的数据处理模块在处理数据的同时根据预定阀值进行判断，如果判断温湿度值超过阀值，则通过蜂鸣器与LED启动报警，同时如果用户还有需要将数据直接传送到用户PC机即监控计算机，则可以选择通过RS485/RJ45接口连接到用户的PC机上；所述的ARM的处理芯片中有效的温湿度数据存储到一定数量后自动将数据存储到SD卡上，用户如有需要查阅以前的温湿度数据记录，还可以通过RS485接口或者RJ45接口将SD卡上存储的历史数据通过监控计算机读出来。
用户可以根据需要通过按键处理模块来直接设定温湿度阀值、密码设定、蜂鸣器开启/关闭等，而这些可以通过LCD屏显示界面直观的看到自己的设计结果，所述的按键处理模块的具体原理图可参见附图12。
所述的监控计算机装有温湿度监测软件系统可以设定报警阀值，设置权限，查询、监控温湿度数据并对其进行管理等。
所述的温湿度监测软件系统主要包括：数据存储功能模块、虚拟串口模块、实时监控功能模块、数据查询功能模块、系统管理功能模块、数据接口功能模块。
所述的数据存储功能模块主要负责：数据库连接、打开、操作、关闭，以及数据表的增加、修改、删除的封装操作。数据存储采用本地数据库，并实现数据库访问密码保护。实现对温湿度数据，以及系统用户管理信息，日志管理信息，系统设备信息，系统报警信息，系统参数信息等存储、查询、修改、删除功能。
所述的虚拟串口模块主要负责：串口设置，串口打开，串口读取，串口写入，串口关闭，可以对虚拟串口进行参数配置。
所述的数据接口模块主要有以下功能：协议数据解析功能，数据库接口及串口接口调用功能。所述数据库接口有：系统用户表接口，系统日志表接口，系统配置表接口，监控显示仪表接口，温湿度记录表接口，报警记录表接口。
所述的系统管理功能模块的主要功能：用户管理，用户登录，权限控制，系统日志管理，串口参数配置等功能。用户管理完成系统用户的添加，修改，删除及用户权限管理。系统日志完成系统用户登录日志的管理工作。串口配置功能完成串口选择及配置功能工作。
所述的实时监控功能模块的主要功能：实时温湿度监测，设备运行状态监测，实时超温(湿)报警，以及监控设备添加、管理，报警阀值设置管理，监控区域编辑(包括坐标编辑和背景加载)，还有监控逻辑数据处理模块。
所述的数据查询功能模块主要负责实现对历史温湿度数据的曲线查询、浏览，历史数据导出，报警信息，以及数据管理等功能。

Claims (10)

1、一种基于Zigbee技术的无线温湿度监测系统，其特征在于：包括用于查询、监控、设定温湿度数据报警阀值等的监控计算机、用于采集空气中的温湿度信号的采集模块、向监控计算机转接和传送温湿度数据的网关，所述采集模块采用Zigbee通信协议与网关进行连接通信，所述的网关通过网络与监控计算机连接。
2、根据权利要求1所述的基于Zigbee技术的无线温湿度监测系统，其特征在于：所述的采集模块由数目不超过65000个分布在不同环境区域采集节点组成，各个采集节点之间采用Zigbee通信协议进行通信。
3、根据权利要求2所述的基于Zigbee技术的无线温湿度监测系统，其特征在于：所述采集节点包括：用于监测区内信息的采集和进行数据转换的温湿度传感器模块、直流电源模块、所述的温湿度传感器模块、数据处理模块、直流电源模块通过电路连接。
4、根据权利要求3所述的基于Zigbee技术的无线温湿度监测系统，其特征在于：所述的温湿度传感器模块包括温湿度传感器及其外围电路；所述的数据处理模块包括中心处理器及其外围电路。
5、根据权利要求4所述的基于Zigbee技术的无线温湿度监测系统，其特征在于：所述的采集节点的温湿度传感器模块可以采用SHT10；所述的采集模块的数据处理模块可以采用CC2430芯片。
6、根据权利要求2所述的基于Zigbee技术的无线温湿度监测系统，其特征在于：所述的采集节点还包括用于在线烧录程序的JTAG接口。
7、根据权利要求1所述的基于Zigbee技术的无线温湿度监测系统，其特征在于：所述的网关包括：数据接收模块、LCD接口电路、SD卡接口电路、声光报警电路、数据处理模块、按键处理模块、RJ45接口，各部分通过电路连接，其中所述的数据接收模块包括负责接收数据的射频芯片及其外围电路，所述的数据处理模块包括用于处理数据的ARM芯片及其外围电路。
8、根据权利要求7所述的基于Zigbee技术的无线温湿度监测系统，其特征在于：所述的负责接收数据的射频芯片可以采用CC2430芯片；所述的处理数据的ARM芯片可以采用LM3S8970芯片。
9、根据权利要求1所述的基于Zigbee技术的无线温湿度监测系统，其特征在于：所述的网关还包括用于在线烧录程序的JTAG接口。
10、根据权利要求1所述的基于Zigbee技术的无线温湿度监测系统，其特征在于：所述的网关，还包括RS485接口。
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