基于ZigBee和LabVIEW的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

杜忠波 于嘉輝 興運達 郭海豐 賈楠

【摘要】本文設(shè)計了一套室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。通過無線網(wǎng)絡(luò)利用ZigBee技術(shù)開發(fā)板作為下位機，與上位機LabVIEW軟件系統(tǒng)進行通訊，對采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)的顯示、處理和存儲。該系統(tǒng)實現(xiàn)了室內(nèi)環(huán)境參數(shù)實時監(jiān)測。

【關(guān)鍵詞】ZigBee LabVIEW 室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控

一、概述

今社會己經(jīng)發(fā)生了巨大變化，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為互聯(lián)網(wǎng)的延伸，已經(jīng)是人們生活中必不可少的技術(shù)，目前人工智能時代尚未到來，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)己經(jīng)成為智能技術(shù)發(fā)展的鋪墊，因此應(yīng)該深入研究該專業(yè)領(lǐng)域，不斷實驗，測試，投產(chǎn)，積累經(jīng)驗。為了滿足人們的需求，本文設(shè)計的是基于ZigBee與LabVIEW的室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，通過利用CC2530開發(fā)板以及相關(guān)的傳感器先對室內(nèi)的溫濕度進行測量，再將人體紅外信號和有無煙霧氣體信號測試出來，并一同傳送到上位機LabVIEW計算機中，實現(xiàn)人機交互，實時觀測室內(nèi)變化情況。

二、監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計

以ZigBee的CC2530開發(fā)板作為核心模塊，完成所有的數(shù)據(jù)接收與傳輸命令。CC2530需要完成的任務(wù)就是采集室內(nèi)實時溫度與濕度的參數(shù)，以及是否有誤人體紅外信號數(shù)據(jù)的判定，室內(nèi)是否有超標煙霧氣體的排放，最終得到比較完善的室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的采集。

該系統(tǒng)能夠?qū)κ覂?nèi)環(huán)境中的安防情況、各個房間的溫度、濕度和燃氣含量進行動態(tài)監(jiān)控。其中執(zhí)行監(jiān)控功能的模塊使用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過USB接口將采集到的各項監(jiān)控信息傳輸?shù)诫娔X上位機，上位機采用LabVIEW對數(shù)據(jù)進行提取和分析，最后顯示出各項監(jiān)控信息。

選擇DHT11采集周圍空氣中的溫度和濕度，選擇HC-SR501檢測是否有人進入，選擇MQ-2檢測用戶家中的燃氣含量，并將數(shù)據(jù)發(fā)送給CC2530F256核心處理器，最后通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給接收機。上位機可以對數(shù)據(jù)進行顯示和分析，進而判斷溫濕度是否合適，是否有人體進入，是否發(fā)生了燃氣泄漏等情況。

三、下位機軟件與程序設(shè)計

（1）溫濕度下位機工AR程序編譯過程。首先將串口初始化，讓傳感器進行預熱，接下來是最重要的一個步驟，也是將下位機的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C上的必要語言，因為上位機與下位機之間利用的串口通訊來命令將采集到的溫濕度參數(shù)以字符串的形式輸出。最后一步將整理好的字符串常量轉(zhuǎn)移到上位機上就是說數(shù)據(jù)通過USB串口通訊輸出到電腦上。

（2） MQ-2煙霧氣體參數(shù)采集程序設(shè)計。該程序的工作原理就是利用MQ-2傳感器探測是否有無可燃性氣體存在，是否有煙霧，如果有，則輸出高電平“0”，并串聯(lián)到到上位機的警報指示燈，此時為亮。反之輸出低電平“1”則不亮。程序如下：

MQ-2氣體傳感器，當測量濃度大于設(shè)定濃度時，LED1會閃爍，MQ-2上的DD-LED也會長亮。

四、系統(tǒng)上位機軟件設(shè)計

上位機程序由LabVIEW開發(fā)平臺編輯，在用戶電腦運行，用于接收并顯示從下位機發(fā)送來的數(shù)據(jù)，判斷各項數(shù)據(jù)是否處于正常狀態(tài)；并保存數(shù)據(jù)方便用戶查看。

要實現(xiàn)將下位機的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C上，實際上就是Lab-VIEW與ZigBee技術(shù)之間的融合，讓他們之間能夠協(xié)同工作交流，這就要求經(jīng)過ZigBee I/O口的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)類型也符合LabVIEW接受數(shù)據(jù)的類型，LabVIEW上位機的大門（I/O口）才能夠敞開，本文應(yīng)用的開發(fā)板CC2530就能夠?qū)崿F(xiàn)上位機與下位機之間的正常通信，它設(shè)定好了通信協(xié)議，制定了通信基礎(chǔ)。這兩種系統(tǒng)剛好可接受串口通信，因此只需要將上位機與下位機之間連接一根USB數(shù)據(jù)線，再安裝專用的Visa串口驅(qū)動，這時上位機LABVIEW即可接收到來自下位機的數(shù)據(jù)。