【正文】 （2）工作時間：工作時間比較短、收發(fā)信息功耗低，連續(xù)工作長達2年；（3）MQ135氣體傳感器：可以偵測有害氣體的體積濃度為：10 1000ppm，適用于氨氣、硫化物、苯系蒸汽、煙霧和其它有害氣體的檢測；（4）DHT11數(shù)字溫濕度傳感器：測量空氣濕度范圍：從20％RH到90％RH，測量空氣溫度范圍：從0℃到50℃。當前，室內(nèi)空氣檢測的主要依據(jù)是《室內(nèi)空氣質(zhì)量標準》和 GB/T188832002和《民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范》GB503252013[[] 閆博,趙文吉. 北京市細顆粒物時空分布及與呼吸系統(tǒng)疾病相關(guān)分析[J]. 地理信息世界,2013,06:4248.]。室內(nèi)空氣檢測項目見表11。表11室內(nèi)空氣檢測國家標準項目序號項目類別項目名稱標準限制備注1物理性溫度22 28 ℃16 24 ℃夏季空調(diào)冬季采暖2相對濕度4080 %3060 %夏季空調(diào)冬季采暖3空氣流度≤ /s≤ /s夏季空調(diào)冬季采暖4新風量≥ 30m3 /(h 人 )5化學性甲醛 HCHO≤8h 均值6氨 NH3≤8h 均值7苯 C6H6≤8h 均值8甲苯 C7H8≤8h 均值9二甲苯 C8H10≤8h 均值10總揮發(fā)性有機物TVOC≤8h 均值11臭氧 O3≤1h 均值12二氧化硫 SO2≤1h 均值13二氧化氮 NO2≤1h 均值14一氧化碳 CO≤10mg/m31h 均值15二氧化碳 CO2≤ %日平均值16苯并 [a] 芘 B(a)P≤日平均值17可吸入顆粒PM10≤日平均值18生物性菌落總數(shù)≤2500cfu/m3依據(jù)儀器定19氡222Rn≤400Bq/m3年平均值空氣質(zhì)量指數(shù)（Air Quality Index，簡稱AQI）是定量描述空氣質(zhì)量狀況的無量綱指數(shù)。參與空氣質(zhì)量評價的主要污染物為細顆粒物、可吸入顆粒物、二氧化硫、二氧化氮、臭氧、一氧化碳等六項?？諝赓|(zhì)量指數(shù)級別見表12。表12 空氣質(zhì)量指數(shù)級別空氣質(zhì)量指數(shù)AQI空氣質(zhì)量指數(shù)級別空氣質(zhì)量指數(shù)及表示顏色對健康的影響建議采取的措施050Ⅰ優(yōu)綠色空氣質(zhì)量令人滿意，基本無空氣污染。各類人群可正?；顒?1100Ⅱ良黃色空氣質(zhì)量可接受，某些污染物對極少數(shù)敏感人群健康有較弱影響。極少數(shù)敏感人群應減少戶外活動101150Ⅲ輕度污染橙色易感人群有癥狀有輕度加劇，健康人群出現(xiàn)刺激癥狀。老人、兒童、呼吸系統(tǒng)等疾病患者減少長時間、高強度的戶外活動151200Ⅳ中度污染紅色進一步加劇易感人群癥狀，會對健康人群的呼吸系統(tǒng)有影響。兒童、老人、呼吸系統(tǒng)等疾病患者及一般人群減少戶外活動201300Ⅴ重度污染紫紅色心臟病和肺病患者癥狀加劇運動耐受力降低，健康人群出現(xiàn)癥狀兒童、老人、呼吸系統(tǒng)等疾病患者及一般人群停止減少戶外運動300Ⅵ嚴重污染褐紅色健康人群運動耐受力降低，有明顯強烈癥狀，可能導致疾病兒童、老人、呼吸系統(tǒng)等疾病患者及一般人群停止戶外活動本課題用到很多技術(shù)，所以要對主要芯片和所用語言進行學習和總結(jié)，除此之外，還要對無線傳感網(wǎng)絡核心部分Zigbee和傳感器進行研究。首先，我對無線傳感器網(wǎng)絡的總體結(jié)構(gòu)進行總結(jié)分析，尤其對傳感器網(wǎng)絡的關(guān)鍵技術(shù)進行詳細的介紹。其次，在硬件方面，對基于Zigbee的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測儀進行硬件電路設計，包括CC2530最小系統(tǒng)電路、天線電路、傳感器電路等單元電路設計。再次，在軟件方面，對設計的各種程序進行設計。包括傳感器的采集和處理數(shù)據(jù)的程序、Zigbee終端節(jié)點和協(xié)調(diào)器的收發(fā)信號的網(wǎng)絡協(xié)議程序設計、上位機軟件讀取串口和顯示數(shù)據(jù)程序和安卓手機客戶端的應用程序等等。最后，通過搭建一個由主控Zigbee芯片、傳感器、顯示部分和控制部分組成的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測儀。經(jīng)過寫入程序、調(diào)試，最后實現(xiàn)空氣質(zhì)量的基本指標的顯示和污染物的檢測，污染物超標則進行報警。 文本結(jié)構(gòu)本設計是通過傳感器和Zigbee模塊搭建完成一個利用Zigbee無線傳感技術(shù)的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測儀。全文共分為6個章節(jié)：第1章 緒論，講解了室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測儀的研究背景，同時還講解了國內(nèi)和國外在空氣質(zhì)量檢測的領域現(xiàn)在的研究成果。第2章 Zigbee技術(shù)簡介，主要對Zigbee的基本概念解釋，包括設備類型、拓撲結(jié)構(gòu)、Zigbee技術(shù)的特點。除此之外，重點Zigbee協(xié)議體系結(jié)構(gòu)講解。第3章 系統(tǒng)總體設計方案規(guī)劃，總體對室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測儀設計進行介紹，包括系統(tǒng)功能實現(xiàn)的介紹，硬件規(guī)劃、軟件規(guī)劃等。第4章 系統(tǒng)硬件設計，包括所選用的主控芯片，傳感器使用和功能介紹。主要是最小系統(tǒng)設計和各個模塊電路規(guī)劃等，還有就是系統(tǒng)的硬件設計原理圖。第5章 系統(tǒng)軟件設計，簡單介紹設計所需要的軟件使用方法等。然后，對設計所需要的重要程序講解，包括初始化程序、系統(tǒng)主控程序、子程序等。還有就是對設計所用到的上位機程序和安卓應用程序進行了功能介紹。第6章 系統(tǒng)的仿真、制作與測試，本章對系統(tǒng)的軟件和硬件進行仿真、制作、調(diào)試和測試。最后，進行實物制作，完成設計。第2章 Zigbee技術(shù)簡介Zigbee技術(shù)是一種近距離、相對簡單、低功耗、傳輸速率低、廉價的可以雙向通信的無線通訊網(wǎng)絡技術(shù)。、網(wǎng)絡安全和軟件應用等方面的無線網(wǎng)絡通訊技術(shù)。 Zigbee基本概念Zigbee技術(shù)是一種近距離、相對簡單、低功耗、傳輸速率低、廉價的可以雙向通信的無線通訊網(wǎng)絡技術(shù)。、網(wǎng)絡安全和軟件應用等方面的無線網(wǎng)絡通訊技術(shù)[[] 孫九瑞,[J].應用科技,2015,03:1.]。其特點是傳輸距離近、復雜度低、具有自組織性、功耗低、傳輸速率低、廉價等。應用范圍廣泛，可以與其他設備組合在無線控制和監(jiān)測控制等方面使用?？傊?，Zigbee技術(shù)是一種廉價的，節(jié)省能源的，短路程的無線通訊網(wǎng)絡技術(shù)。 設備類型在Zigbee網(wǎng)絡中存在三種邏輯設備類型：Coordinator(協(xié)調(diào)器)，Router(路由器)和EndDevice(終端設備)[[] K. F. Tsang, H. Y. Tung and K. L. Lam, “Zigbee: From Basics to Designs and Applications,” Prentice Hall, Upper Saddle River, 2013,05:173176.]。Zigbee網(wǎng)絡有且只有一個Coordinator，除此之外，還有許多Router和一些End_Device共同組成。 Coordinator(協(xié)調(diào)器)協(xié)調(diào)器負責啟動整個網(wǎng)絡。它也是網(wǎng)絡的第一個設備。協(xié)調(diào)器選擇一個信道和一個網(wǎng)絡ID(也稱之為PANID，即PersonalAreaNetworkID)，隨后啟動整個網(wǎng)絡。協(xié)調(diào)器也可以用來協(xié)助建立網(wǎng)絡中安全層和應用層的綁定(bindings)。協(xié)調(diào)器的角色主要涉及網(wǎng)絡的啟動和配臵。一旦這些都完成后，協(xié)調(diào)器的工作就像一個路由器(或者消失goaway)[[] 張猛,房俊龍,[J].農(nóng)業(yè)工程學報,2013,S1:171176.]。因為Zigbee無線網(wǎng)絡自身的特點，所以接下來整個網(wǎng)絡的操作就不再依賴協(xié)調(diào)器存在而存在?？傮w來說Coordinator的主要任務有以下四個：（1）。（2）開始組建一個無線網(wǎng)絡。（3）接收其他節(jié)點的請求信息，然后，選擇性的允許其他節(jié)點加入到剛組建中網(wǎng)絡中來。（4）它通常還會提供信息路由，安全管理和其他的服務。 Router(路由器)路由器主要作用有:一是允許其他的設備加入本網(wǎng)絡，二是多跳路由可以協(xié)助它自己和終端設備的正常通訊。通常，路由器希望是一直處于活動狀態(tài)，因此它必須使用主電源供電。不過，當處于樹狀網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)，允許路由會周期性的間隔操作，這樣會大大的減少功耗，因此，可以使用電池供電。Router(路由器)主要有以下兩個任務：(1)在網(wǎng)絡中，路由器為節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)信息從而完成整個網(wǎng)絡通信。(2)允許在他附近的子節(jié)點通過發(fā)送請求由自己加入整個網(wǎng)絡中。 EndDevice(終端設備)終端設備沒有特定的維持網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的責任，它可以睡眠或者喚醒，因此它可以可以是一個電池供電設備。通常，終端設備對存儲空間(特別是RAM的需要)比較小。EndDevice一般處于網(wǎng)絡的邊緣，主要任務就是發(fā)送和接收信息，但它不能夠轉(zhuǎn)發(fā)信息，也不能讓其他節(jié)點加入到網(wǎng)絡中來。一般EndDevice節(jié)點是由電池來供電的，但是為了減少電能的損耗，當它不工作的時候可以通過進入休眠狀態(tài)來達到省電目的。 拓撲結(jié)構(gòu)與一般網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)類似，Zigbee網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)一般有三種形式：星形拓撲、樹形拓撲、網(wǎng)狀拓撲： 星形拓撲星形拓撲形式相對來說是比較簡單的，這種拓撲結(jié)構(gòu)有兩部分組成，一個是Coordinator節(jié)點，另一個是許多EndDevice節(jié)點，如圖21所示。Coordinator是任意兩個EndDevice通信的中轉(zhuǎn)站，也就是說EndDevice可以自如的與Coordinator進行通信，如果想與其他的EndDevice節(jié)點進行通信的話就必須先通過Coordinator節(jié)點進行信息的轉(zhuǎn)發(fā)[[] LiLing Hung。YuWei Huang。ChunCheng coverage mechanism for distinct quality of monitoring in wireless mobile sensor networks[J]．Ad Hoc Networks,2014,06:231235.]?？梢钥闯?，一旦Coordinator節(jié)點出現(xiàn)問題，整個無線網(wǎng)絡徹底不工作了。圖 21 星形拓撲結(jié)構(gòu) 樹形拓撲樹形拓撲包括一個Coordinator以及一系列的Router和EndDevice節(jié)點，如圖22所示。Coordinator既可以與Rout霄相連又可以與EndDevice相連，而它的Router子節(jié)點又可以連接一系列的Router和EndDevice節(jié)點，這樣就形成了一個層次清晰的通信網(wǎng)絡。在這種拓撲結(jié)構(gòu)中，連接相同父設備下的設備互相稱作兄弟節(jié)點，而有連接相同祖父設備的設備互稱作堂兄弟節(jié)點。每一個節(jié)點設備都只能和他的父設備和子設備之間進行通信。一個節(jié)點設備與另外一個節(jié)點設備相互收發(fā)信息，信息將順著樹的路徑向上傳遞到最近的祖先設備，然后，再向下傳遞到目標節(jié)點設備。和星形拓撲結(jié)構(gòu)差不多，信息的路由通道是唯一的[[] 王衛(wèi)星　高奕龍　陳佳森　陳奕航　林曉龍. 基于 Zigbee 無線傳感器網(wǎng)絡的山地橘園精細化滴灌系統(tǒng)設計[J]. 電子技術(shù)與軟件工程,2014,14:1920.]。如果中間有一個路由節(jié)點出現(xiàn)問題，就會造成局部或大面積的系統(tǒng)阻塞。圖 22 樹形拓撲結(jié)構(gòu) 網(wǎng)狀拓撲網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)是由Coordinator、Router和EndDevice三部分組成，如圖23所示。網(wǎng)狀拓撲比樹形拓撲更具優(yōu)勢，有更加靈活的信息路由規(guī)則。路由節(jié)點可以同另一個路由節(jié)點直接的進行信息傳遞。這種規(guī)則大大改善了信息的通訊的有效率，假如無線傳輸網(wǎng)絡中某個終端設備出現(xiàn)了問題，信息可以自動選擇其他路由路徑進行工作，這樣的話信息傳輸?shù)目煽啃跃偷靡员Ｕ?。圖 23 網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu) Zigbee技術(shù)的特點作為一種剛剛興起的無線通信技術(shù)，Zigbee技術(shù)發(fā)展態(tài)勢是相當?shù)难该停斎?，這和他自身的特點是離不開的。同其他的無線傳輸技術(shù)相比，Zigbee技術(shù)具有很大的優(yōu)勢。Zigbee的技術(shù)特點主要包括以下內(nèi)容：(1)功耗低：因為工作時間比較短、收發(fā)信息功耗低，外加休眠模式，因此Zigbee節(jié)點非常省電，連續(xù)工作長達2年。(2)數(shù)據(jù)傳輸可靠：為了減少發(fā)送數(shù)據(jù)的錯誤，Zigbee的媒體接入控制層(MAC層)采用talk．when．ready的碰撞避免機制，發(fā)送端不是隨便就會發(fā)送信息的，只有發(fā)送的數(shù)據(jù)包收到接收方的確認信息后才可以發(fā)送。(3)網(wǎng)絡容量大：一個Zigbee的網(wǎng)絡可以容納多達255個網(wǎng)絡節(jié)點，其中，必須包括一個主控設備，其他的都是從屬設備。如果使用網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器(NetworkCoordinator)的話，整個網(wǎng)絡最多可以支持超過64000個Zigbee網(wǎng)路節(jié)點，這時整個Zigbee網(wǎng)絡節(jié)點的數(shù)目將相當?shù)凝嫶蟆?4)時延短：一是進行通信時的時間延時短，二是從休眠模式跳轉(zhuǎn)到正常工作模式的時間延時短。(5)兼容性：Zigbee技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)可以互相兼容，通過網(wǎng)絡協(xié)調(diào)器(Coordinator)自動建立網(wǎng)絡，采用載波偵聽、沖突檢測()方式進行信道接入。同時，利用全握手協(xié)議提高傳輸可靠性。(6)安全性：Zigbee技術(shù)可以對數(shù)據(jù)的完整性進行檢測和檢查，同時還可以對數(shù)據(jù)進行鑒權(quán)的功能。除此之外，還采用三級安全保護措施對數(shù)據(jù)傳輸進行保護[[] 徐書芳,王金海,宮玉龍,[J].電子技術(shù)應用,2013,08:8083.]。(7)實現(xiàn)成本低：Zigbee模塊成本很低，而且無專利費。(8)自組織性和自愈能力：網(wǎng)絡節(jié)點可以自動搜尋在其附近的節(jié)點，并且自動與他們通過網(wǎng)絡協(xié)議相連，最后共同組成一個網(wǎng)絡。除此之外，當網(wǎng)絡內(nèi)有節(jié)點出現(xiàn)問題或節(jié)點位置發(fā)生變化時，網(wǎng)絡可以自動修復，其拓撲結(jié)構(gòu)也會隨之改變，從而使整個系統(tǒng)可以應對突發(fā)情況，更具可靠性。 ，該標準定義了物理層(PHY)和介質(zhì)訪問控制層(MAC)，特點有網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)不復雜、廉價、功耗極少和吞吐量靈活等。其主要目標有容易安裝、傳輸可靠、成本低極、電池壽命長，通信網(wǎng)絡協(xié)議簡單、靈活等。:,915MHz以及868MHz。，在902MHz和928MHz之間有10個信道。，在915MHz的速率為40k每秒在868MHz的速率為20k每秒[[] 滕志軍,李國強,何鑫,