無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)下的環(huán)境凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)下的環(huán)境凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)范文，希望能給你帶來(lái)靈感和參考，敬請(qǐng)閱讀。

隨著環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重霧霾天氣不斷困擾著人們，如何檢測(cè)空氣質(zhì)量以及進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境凈化成為了迫切需要解決的問(wèn)題。本文介紹了一種基于ZigBee技術(shù)的智能環(huán)境凈化系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠檢測(cè)室內(nèi)外的PM2.5濃度，并根據(jù)室內(nèi)外的PM2.5濃度差自動(dòng)進(jìn)行通風(fēng)、關(guān)窗、凈化空氣等操作。該系統(tǒng)可以對(duì)室內(nèi)外多處設(shè)點(diǎn)檢測(cè)，檢測(cè)效果較好。改革開(kāi)放以來(lái)，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展的同時(shí)也帶來(lái)了一系列的問(wèn)題，環(huán)境污染，大氣污染，霧霾天氣等等。隨著環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，已經(jīng)逐漸影響到居民的生活和身體健康?？諝庵械姆蹓m顆粒污染物有很多，PM10（ParticulateMatter10）、PM2.5（ParticulateMatter2.5）都對(duì)身體構(gòu)成很大的威脅，特別是PM2.5，它能引起呼吸道的一系列疾病，甚至引發(fā)癌癥。因此，需要一款能夠根據(jù)環(huán)境情況進(jìn)行室內(nèi)環(huán)境凈化的系統(tǒng)。而無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)直接感知客觀世界，將信息的產(chǎn)生和感知也包括在其中，非常適合環(huán)境監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用。因此本項(xiàng)目基于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，對(duì)室內(nèi)外的空氣質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)的同時(shí)智能進(jìn)行室內(nèi)空氣調(diào)節(jié)。

1無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的基本原理

可以在需要監(jiān)測(cè)的區(qū)域放置一定數(shù)量的傳感器，傳感器節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到被測(cè)區(qū)域的PM2.5濃度后通過(guò)無(wú)線的方式傳輸給管理節(jié)點(diǎn)也就是用戶，用戶對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理顯示。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)模型如圖1所示，由傳感器節(jié)點(diǎn)、互聯(lián)網(wǎng)、管理節(jié)點(diǎn)、用戶構(gòu)成。它由傳感器節(jié)點(diǎn)采集信息并通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸給用戶。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)(WirelessSensorNetworks,WSN)廣泛的應(yīng)用于各種通信技術(shù)中，其中ZigBee技術(shù)是較常見(jiàn)的一種具有統(tǒng)一技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的短距離無(wú)線通信技術(shù)。它使用IEEE802.15.4協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)層由ZigBee技術(shù)聯(lián)盟制定，應(yīng)用層根據(jù)用戶自己的應(yīng)用需求制定。因此，它的組網(wǎng)形式更加靈活機(jī)動(dòng)。本系統(tǒng)采用全球通用的免費(fèi)的工業(yè)、科學(xué)頻段2.4GHz。樹(shù)型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是ZigBee技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的3種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

2PM2.5傳感器原理

PM2.5傳感器使用SDS011，SDS011是一款常用的PM2.5檢測(cè)芯片，它使用激光檢測(cè)PM2.5，能夠分辨的最小直徑0.3微米的顆粒，檢測(cè)性能穩(wěn)定，它使用數(shù)字化輸出集成度高。因此，可以較為準(zhǔn)確的檢測(cè)出PM2.5和PM10的濃度。SDS011使用96008N1串口通訊協(xié)議。波特率為9600，數(shù)據(jù)10字節(jié)為1幀，構(gòu)成方式如式（1）。報(bào)文頭+指令號(hào)+數(shù)據(jù)(6字節(jié))+校驗(yàn)和+報(bào)文尾（1）

3系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

本智能環(huán)境凈化系統(tǒng)在室內(nèi)不同的房間和室外多處設(shè)立監(jiān)測(cè)點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空氣中PM2.5的含量，通過(guò)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)傳遞給室內(nèi)系統(tǒng)主控，通過(guò)對(duì)室內(nèi)外的PM2.5的含量的對(duì)比，從而確定不同的環(huán)境凈化方案。本系統(tǒng)配備有空氣凈化裝置以及自動(dòng)開(kāi)關(guān)窗戶，當(dāng)室外PM2.5含量低于室內(nèi)PM2.5含量則自動(dòng)開(kāi)窗進(jìn)行通風(fēng)，當(dāng)室外PM2.5含量高于室內(nèi)PM2.5含量則自動(dòng)關(guān)窗避免外界的有害氣體進(jìn)入室內(nèi)，同時(shí)判斷室內(nèi)PM2.5含量的濃度，若室內(nèi)已達(dá)到中度及以上污染程度，則打開(kāi)空氣凈化器?？諝赓|(zhì)量等級(jí)劃分如表1所示。本系統(tǒng)的硬件框架如圖2所示。其中（a）為終端設(shè)備硬件框圖。終端設(shè)備模塊包含CC2530模塊、PM2.5傳感器模塊、電源模塊、天線模塊等。首先通過(guò)PM2.5傳感器SDS011檢測(cè)空氣中PM2.5的濃度以及PM10濃度，檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送給CC2530，CC2530接收到數(shù)據(jù)后存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器里并通過(guò)天線發(fā)送出去。圖2中（b）為協(xié)調(diào)器硬件框圖。協(xié)調(diào)器包括CC2530、LCD、PC、自動(dòng)窗戶、空氣凈化器、存儲(chǔ)器、電源、天線等。協(xié)調(diào)器通過(guò)天線接收到數(shù)據(jù)后存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中并顯示在LCD上，LCD上可以同時(shí)顯示多路傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。CC2530對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，從而選擇是進(jìn)行窗戶的開(kāi)關(guān)操作，還是進(jìn)行凈化室內(nèi)空氣的操作。同時(shí)CC2530還可以通過(guò)串口連接到PC機(jī)，將檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在PC上。

4程序主要實(shí)現(xiàn)結(jié)果

該智能環(huán)境凈化系統(tǒng)主控部分的硬件實(shí)物圖如圖3所示，為協(xié)調(diào)器的硬件實(shí)物圖。該系統(tǒng)配備電池，小巧方便可直接使用。系統(tǒng)使用的液晶顯示器是12864，終端設(shè)備檢測(cè)的多路數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)的顯示在液晶屏上。硬件配備有PL2303,實(shí)現(xiàn)了全雙工異步串口通信裝置RS232到USB的接口轉(zhuǎn)換。為了節(jié)省空間，使設(shè)備更加小巧，系統(tǒng)使用miniusb口，將數(shù)據(jù)通過(guò)usb口傳輸至PC機(jī)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的后續(xù)顯示和處理。系統(tǒng)接收端的顯示主界面如圖4所示。首先連接上接收端主設(shè)備，查看端口數(shù)據(jù)，然后按照接收端設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行COM口選擇，打開(kāi)串口。當(dāng)串口成功打開(kāi)后，各個(gè)采集點(diǎn)的PM2.5檢測(cè)值會(huì)顯示在界面上?？筛鶕?jù)需要添加不同的PM2.5監(jiān)測(cè)點(diǎn)，也可以將一段時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以圖形的形式進(jìn)行輸出。

5結(jié)論

經(jīng)過(guò)對(duì)多路終端的單獨(dú)調(diào)試，以及協(xié)調(diào)器的調(diào)試，本系統(tǒng)能夠快速進(jìn)行多區(qū)域的PM2.5檢測(cè)接收并在LCD上顯示，同時(shí)還能將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸至PC機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理控制。能夠根據(jù)空氣質(zhì)量等級(jí)劃分，智能的判斷室內(nèi)外的空氣質(zhì)量?jī)?yōu)劣，從而進(jìn)行不同的空氣凈化工作。經(jīng)過(guò)測(cè)試，該程序性能穩(wěn)定，效果良好，實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)功能。

作者：尚麗娜 張翠 單位：浙江大學(xué)城市學(xué)院