基于ZIGBEE的智能旅館環境監測系統設計

袁新顏（江蘇商貿職業學院，江蘇南通，226011）

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基于ZIGBEE的智能旅館環境監測系統設計

袁新顏
（江蘇商貿職業學院，江蘇南通，226011）

摘要：基于ZIGBEE無線通信技術設計了智能旅館環境監測系統。該系統主要包括傳感器節點、ZigBee協調器、上位機、Android手機終端。通過實驗證明了該系統的可行性，旅客可以通過手機APP實時監測旅館房間內的環境狀態。

關鍵詞：ZIGBEE技術；智能旅館；上位機

近年來物聯網已經成為全球關注的熱點領域，被認為是繼互聯網之后最重大的科技創新之一。物聯網加速了全民信息化、企業信息化和政府信息化的進程，改變了人們的生活方式，對居住環境的監測正越來越受到人們的重視，智能旅館應運而生。相繼出現了多種短距離無線通信技術，如藍牙、IrDA， Wi-Fi， UWB，NFC，ZigBee等。

1 系統總體設計

根據ZigBee技術和智能旅館的特點，本文設計的智能旅館環境監測系統主要由各種傳感器節點、ZigBee協調器、上位機、Android手機終端組成。系統的總體結構圖如圖1所示。

圖1 系統總體設計圖

旅館房間內的ZigBee節點負責對環境狀態進行數據采集，采集到的節點數據由無線傳感網絡進行傳輸交由到ZigBee協調器，ZigBee協調器經過串口將數據傳給上位機，上位機負責對無線傳感網數據進行處理、顯示和數據轉發。上位機和Android移動終端之間使用wi-fi方式通訊。

2 系統硬件設計

系統的硬件部分主要包括用于數據采集的傳感器模塊、用于數據傳輸的無線傳感網絡ZigBee模塊和數據處理的協調器模塊。本系統ZigBee模塊和協調器模塊均采用以CC2530芯片為核心的單元。

2.1 ZigBee模塊

圖2 協調器節點流程圖

本系統采用基于CC2530的Zigbee協議組建無線傳感網絡。CC2530是TI 公司推出的最新一代ZigBee標準芯片。CC2530是用于2.4 GHz IEEE 802.15.4，ZigBee和RF4CE應用的一個真正的片上系統（SoC）解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強大的網絡節點。由于旅館環境監測相對比較簡單，所以本系統采用的是星形結構，其終端設備節點之間不能相互通信，通信必須借助協調器的轉發。

3 系統軟件設計

3.1 傳感器軟件設計

傳感器終端節點負責采集溫度、濕度、光照強度、氣體等信息。傳感器首先上電初始化SHT10，其次當上電成功申請加入無線網絡后，尋找協調器節點并接收指令，開啟數據采集指令，并封裝數據傳輸至協調器。

3.2 ZigBee協調器設計

協調器節點是整個網絡的核心，負責網絡的建立與管理。協調器上電后，按照編譯時所定的參數，從而選擇合適的信道、合適的網絡號，建立ZigBee無線網絡，然后接收終端發送過來的環境參數，通過串口傳輸給上位機。具體程序的流程如圖2所示。

3.2 上位機的界面設計

本系統采用C#軟件編寫上位機界面，其面向對象的特點，便于理解。本設計界面主要實現實時顯示旅館房間內溫濕度、光照、煙霧等環境參數，用戶可以隨時觀測房間內的環境數據，并且對參數進行數值比較，判斷是否在合適值之內，如果超過值則可通過上位機控制溫濕度和開關燈，發現異常氣體及時發出報警信息。系統使用Chart控件實時繪制溫濕度曲線圖，四個GroupBox控件顯示溫度和濕度的值、氣體異常顯示及開關燈控制等。如圖3所示。

傳感器進行數據采集后通過Zigbee協調器進行無線數據傳輸，Zigbee協調器通過串口傳遞數據給上位機。SerialPort類為核心的串口通訊的設計方法，該類提供了同步 I/O 和事件驅動的 I/O、對管腳和中斷狀態的訪問以及對串行驅動程序屬性的訪問。本系統由于采用打包機制，查詢數據只需查詢所有終端上所有傳感器的數據即可，節省網絡帶寬。定義查詢報文為16進制表示的6個字節，幀以0x3A開始占一個字節，地址碼占2個字節，功能碼、校驗碼、結束各占1個字節，以0x23結束。定義響應報文為16進制表示的22個字節 ，幀以0x3A開始0x23結束。設置SerialPort類的通訊端口號及波特率、數據位、停止位和校驗位后，上位機調用SerialPort類Write或WriteLine方法發送查詢命令，用ReadExisting方法讀取緩沖區的數據。

圖3 上位機界面

3.3 Android手機APP設計

當用戶在手機APP輸入和上位機同樣的IP地址，與上位機建立連接。手機APP和上位機連接采用C#的SocKet異步通信模式。上位機服務器端首先新建套接字（SocKet），用本地IP地址綁定上位機端口，服務器端使用Listen方法偵聽端口等待連接。手機客戶端請求連接通過BeginConnect方法和EndConnect方法，登陸到上位機運行的服務器端，服務器端使用BeginAccept方法和EndAccept方法完成連接。手機客戶端把接收的數據按照不同的終端顯示。上位機接到手機的查詢命令后把 NodeData［i，j］數據先按終端順序，再按各終端溫度、濕度、氣體、光敏傳感器順序把對應數據放入到一維數組 strTxBuf［index + j］，然后發送到手機端。核心代碼如下：

case 0x01：

for （i=0； i＜MAX_NODE； i++）

｛ for （j = 0； j ＜ 4； j++）

strTxBuf［index + j］ =NodeData［i， j］ ；

index += 4； ｝

strTxBuf［index］ = 0x23；

newSocket.BeginSend（strTxBuf， 0， strTxBuf. Length， SocketFlags.None， new AsyncCallback（SendData），newSocket）；

4 結語

本設計是采用ZigBee無線傳感網絡技術實現了旅館房間內溫濕度、光敏、氣體等環境參數的監測系統。系統進行現場測試，運行穩定，操作簡潔，界面友好整潔，便于用戶通過手機APP實時查看旅館房間內環境數據。今后可開發遠程控制的手機APP應用軟件，即可實現遠程對系統進行實時監測與控制。

參考文獻

［1］萬國峰，楊成慧．基于無線傳感器網絡的煤礦安全監測監控系統［J］．計算機測量與控制，2012，20（10）： 2645－2647．

［2］李剛，張志宏．蜜蜂的舞蹈-ZigBee的無線網絡技術與應用［J］.電子產品世界，2006（2）︰5-7

Design of intelligent hotel environment monitoring system based on ZIGBEE

Yuan Xinyan
（Jiangsu Vocational College of Business，Jiangsu Nantong，226011）

Abstract：Based on the ZIGBEE wireless communication technology intelligent hotel environment monitoring system is designed.This system mainly includes the sensor，the ZigBee coordinator，the host computer，the Android mobile phone terminals.The feasibility of the system is proved by experiment，passengers can monitor the environmental status of the hotel room in real time through the mobile phone APP.

Keywords：ZIGBEE technology；intelligent hotel；host computer

基金項目：江蘇省大學生創新創業訓練計劃項目No.201514475002Y基金項目：中華供銷合作總社職業教育專項研究課題No.GX1425

作者簡介

袁新顏（1977-），女，江蘇海門人，副教授，主要從事計算機網絡及物聯網應用技術等方面的教學與科研工作。