基于物聯網的溫濕度采集系統

溫州科技職業學院 胡國南

0 引言

近年來，隨著科學技術的發展，尤其是無線接入技術的發展，使得數據交換業務不斷增加，隨之無線網絡和無線通信技術發展趨勢日益增加，在工農業生產紅無線通信的應用也越來越廣泛，有力地推進了無線通信向高速通信方向發展。無線傳感網絡的無線通信技術主要有ZigBee技術、藍牙、Wi-Fi和紅外等，其中ZigBee技術是依據IEEE 802.15.4無線標準，它一種低功耗、低數據速率、低成本、短距離的雙向無線通信技術，可以實現在數千個微小的傳感器之間相互協調實現通信，通信效率非常高。

1 硬件的整體系統介紹

本系統由數據采集模塊（協調器），終端模塊（終端節點）星型網絡通信，最后通過串口與電腦連接，由上位機（PC）顯示測得的溫濕度和煙霧濃度或者直接利用液晶屏OLED 12864進行顯示，簡單方便。在本設計中傳感器獲取的溫濕度等信息通過終端模塊上傳給數據采集模塊，數據采集模塊主要是負責搭建Zigbee數據網絡，將終端模塊上傳的信息上傳給上位機。上位機的監控界面主要是包含是監測環境的溫濕度的大小及變化的趨勢以及煙霧濃度等信息。在終端模塊中將多個傳感器置于不同的位置，進行多點測試，每個傳感器節點測得的數據進行匯總處理。處理后數據通過液晶顯示屏直觀進行顯示或者通過串口傳到電腦反饋給用戶。

1.1 CC2530核心板介紹

CC2530是一款兼容IEEE 802.15.4的真正的片上應用系統，支持ZigBee網絡標準。CC2530采用了適應2.4GHz IEEE 802.15.4的RF收發器 ,低功耗，微控制器，內置有8-KB RAM，具備增強8051MCU內核，還支持一般的低功耗無線通信。它提供有4中供電模式，具有很強的抗干擾性能及卓越的靈敏度，可以廣泛的應用于智能樓宇，遠程控制和消費類電子等眾多領域中。

1.2 液晶顯示屏OLED介紹

OLED是有機發光二極管（Organic Light-Emitting Diode）的簡稱，跟LED的點光源相比，OLED是采用了面光源，因此其分辨率比較高。與傳統的顯示技術器件相比，它具有超輕、超薄、廣視角、高清晰,耐低溫、抗震性能好等一系列優點。同時OLED顯示器的組件結構比LCD簡單，所以其制造工藝也要簡單一些，其制作所需材料比較少，成本比較低。日前也越來越多的液晶顯示屏LCD被OLED所取代。其采用串行SPI接口方式，不需要高壓，直接接上3.3V就可以工作了。

1.3 主要器件

DHT11是一款既可以測量溫度又可有測量濕度的數字溫濕度傳感器模塊。濕度的測量精度是+-5%RH，溫度的測量精度+-2℃，溫度的測量范圍在0～50℃之間，不適合溫度極低的情況。DHT11共有三個IO接口，一個VCC接VCC，一個GND接GND，剩下一個DATA接微處理器的IO就可以，硬件電路簡單。DHT11與CC2530之間的通信是采用單總線的格式，一次傳輸40位數據大概需要4ms的時間，40位數據=8bit濕度整數數據+8bit濕度小數數據+8bint溫度整數數據+8bit溫度小數數據+8bit校驗位。如果沒有接收到主機發送開始信號，DHT11就不會主動進行溫濕度數據的采集

MQ-2氣體傳感器：雙路信號輸出，模擬量輸出及TTL電平輸出，本設計使用模擬量輸出濃度，模擬量輸出0～5V電壓，濃度越高電壓越高。

2 開發環境的搭建

與Keil C類似，IAR Embedded Workbench是一個用單片機程序開發的集成開發環境，它對CC2530提供完美的支持，所以在本系統中選用它作為開發環境。使用IAR軟件編程的步驟主要有創建工程——添加源碼——工程配置——編譯工程——調試程序——下載等。Z-Stack是符合Zigbee協議棧規范的一個硬件和軟件平臺，是Zigbee協議棧的一個具體實現。Z-Stack的整個開發環境IDE使用的是IAR。

2.1 Zigbee協議棧介紹

通信雙方需要按照某一標準進行數據的接收與發送，這一標準稱為協議，而協議棧是是協議的一個具體實現形式，是一個用戶與協議之間的橋梁。ZigBee的協議分為物理層和介質訪問層兩部分。ZigBee協議棧就是將各個層定義的協議都集合在一起，以函數的形式實現，用戶可以直接調用。Z-Stack是符合Zigbee協議棧規范的一個硬件和軟件平臺，是Zigbee協議棧的一個具體實現。

自己添加的應用任務程序在Zstack中的調用過程是main函數main()---> 系統初始化函數osal_init_system()---> 任務初始化函數osalInitTasks()---> 應用程序初始化函數SampleApp_Init()，也就是相當于啟動文件-->系統文件-->系統接口文件-->應用程序。其中函數SampleApp_Init()是應用協議棧必不可少的一個函數，對溫濕度有關的初始化信息都設置在這個函數里面。

2.2 部分軟件程序

2．2．1 煙霧濃度讀取程序

2．2．2 溫度超值報警設計

3 結論

在本設計中，軟件上主要是結合了Zigbee協議架構進行編程設計，硬件采用的是微處理器CC2530對環境的溫濕度進行數據的采集。系統采用C51編程，在IAR集成開發環境中先對各個節點的模塊進行調試，搭建無線網絡，實現系統的整體設計。在基于Zigbee無線傳感器節點模塊上，可以實現數據的實時采集，處理以及傳輸等功能。本設計所構成網絡，可以實現在谷倉內的溫濕度檢測，工廠廠房內不同區域的溫濕度控制以及大面積的溫室培養等功能。

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[8]IAR使用指南．

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