【正文】 （2）工作時(shí)間：工作時(shí)間比較短、收發(fā)信息功耗低，連續(xù)工作長(zhǎng)達(dá)2年；（3）MQ135氣體傳感器：可以偵測(cè)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(cè)；（4）DHT11數(shù)字溫濕度傳感器：測(cè)量空氣濕度范圍：從20％RH到90％RH，測(cè)量空氣溫度范圍：從0℃到50℃。當(dāng)前，室內(nèi)空氣檢測(cè)的主要依據(jù)是《室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》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(xì)顆粒物時(shí)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(cè)項(xiàng)目見(jiàn)表11。表11室內(nèi)空氣檢測(cè)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目序號(hào)項(xiàng)目類別項(xiàng)目名稱標(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(fēng)量≥ 30m3 /(h 人 )5化學(xué)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(jī)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(jiǎn)稱AQI）是定量描述空氣質(zhì)量狀況的無(wú)量綱指數(shù)。參與空氣質(zhì)量評(píng)價(jià)的主要污染物為細(xì)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(xiàng)。空氣質(zhì)量指數(shù)級(jí)別見(jiàn)表12。表12 空氣質(zhì)量指數(shù)級(jí)別空氣質(zhì)量指數(shù)AQI空氣質(zhì)量指數(shù)級(jí)別空氣質(zhì)量指數(shù)及表示顏色對(duì)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(wú)空氣污染。各類人群可正?；顒?dòng)51100Ⅱ良黃色空氣質(zhì)量可接受，某些污染物對(duì)極少數(shù)敏感人群健康有較弱影響。極少數(shù)敏感人群應(yīng)減少戶外活動(dòng)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(zhǎng)時(shí)間、高強(qiáng)度的戶外活動(dòng)151200Ⅳ中度污染紅色進(jìn)一步加劇易感人群癥狀，會(huì)對(duì)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(dòng)201300Ⅴ重度污染紫紅色心臟病和肺病患者癥狀加劇運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)300Ⅵ嚴(yán)重污染褐紅色健康人群運(yùn)動(dòng)耐受力降低，有明顯強(qiáng)烈癥狀，可能導(dǎo)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(dòng)本課題用到很多技術(shù)，所以要對(duì)主要芯片和所用語(yǔ)言進(jìn)行學(xué)習(xí)和總結(jié)，除此之外，還要對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)核心部分Zigbee和傳感器進(jìn)行研究。首先，我對(duì)無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的總體結(jié)構(gòu)進(jìn)行總結(jié)分析，尤其對(duì)傳感器網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)的介紹。其次，在硬件方面，對(duì)基于Zigbee的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀進(jìn)行硬件電路設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)。再次，在軟件方面，對(duì)設(shè)計(jì)的各種程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。包括傳感器的采集和處理數(shù)據(jù)的程序、Zigbee終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器的收發(fā)信號(hào)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議程序設(shè)計(jì)、上位機(jī)軟件讀取串口和顯示數(shù)據(jù)程序和安卓手機(jī)客戶端的應(yīng)用程序等等。最后，通過(guò)搭建一個(gè)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(cè)儀。經(jīng)過(guò)寫(xiě)入程序、調(diào)試，最后實(shí)現(xiàn)空氣質(zhì)量的基本指標(biāo)的顯示和污染物的檢測(cè)，污染物超標(biāo)則進(jìn)行報(bào)警。 文本結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)是通過(guò)傳感器和Zigbee模塊搭建完成一個(gè)利用Zigbee無(wú)線傳感技術(shù)的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀。全文共分為6個(gè)章節(jié)：第1章 緒論，講解了室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀的研究背景，同時(shí)還講解了國(guó)內(nèi)和國(guó)外在空氣質(zhì)量檢測(cè)的領(lǐng)域現(xiàn)在的研究成果。第2章 Zigbee技術(shù)簡(jiǎn)介，主要對(duì)Zigbee的基本概念解釋，包括設(shè)備類型、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、Zigbee技術(shù)的特點(diǎn)。除此之外，重點(diǎn)Zigbee協(xié)議體系結(jié)構(gòu)講解。第3章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案規(guī)劃，總體對(duì)室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹，包括系統(tǒng)功能實(shí)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(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)和各個(gè)模塊電路規(guī)劃等，還有就是系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)原理圖。第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)單介紹設(shè)計(jì)所需要的軟件使用方法等。然后，對(duì)設(shè)計(jì)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(duì)設(shè)計(jì)所用到的上位機(jī)程序和安卓應(yīng)用程序進(jìn)行了功能介紹。第6章 系統(tǒng)的仿真、制作與測(cè)試，本章對(duì)系統(tǒng)的軟件和硬件進(jìn)行仿真、制作、調(diào)試和測(cè)試。最后，進(jìn)行實(shí)物制作，完成設(shè)計(jì)。第2章 Zigbee技術(shù)簡(jiǎn)介Zigbee技術(shù)是一種近距離、相對(duì)簡(jiǎn)單、低功耗、傳輸速率低、廉價(jià)的可以雙向通信的無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。、網(wǎng)絡(luò)安全和軟件應(yīng)用等方面的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)。 Zigbee基本概念Zigbee技術(shù)是一種近距離、相對(duì)簡(jiǎn)單、低功耗、傳輸速率低、廉價(jià)的可以雙向通信的無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。、網(wǎng)絡(luò)安全和軟件應(yīng)用等方面的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)[[] 孫九瑞,[J].應(yīng)用科技,2015,03:1.]。其特點(diǎn)是傳輸距離近、復(fù)雜度低、具有自組織性、功耗低、傳輸速率低、廉價(jià)等。應(yīng)用范圍廣泛，可以與其他設(shè)備組合在無(wú)線控制和監(jiān)測(cè)控制等方面使用?？傊琙igbee技術(shù)是一種廉價(jià)的，節(jié)省能源的，短路程的無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。 設(shè)備類型在Zigbee網(wǎng)絡(luò)中存在三種邏輯設(shè)備類型：Coordinator(協(xié)調(diào)器)，Router(路由器)和EndDevice(終端設(shè)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(luò)有且只有一個(gè)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(fù)責(zé)啟動(dòng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。它也是網(wǎng)絡(luò)的第一個(gè)設(shè)備。協(xié)調(diào)器選擇一個(gè)信道和一個(gè)網(wǎng)絡(luò)ID(也稱之為PANID，即PersonalAreaNetworkID)，隨后啟動(dòng)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。協(xié)調(diào)器也可以用來(lái)協(xié)助建立網(wǎng)絡(luò)中安全層和應(yīng)用層的綁定(bindings)。協(xié)調(diào)器的角色主要涉及網(wǎng)絡(luò)的啟動(dòng)和配臵。一旦這些都完成后，協(xié)調(diào)器的工作就像一個(gè)路由器(或者消失goaway)[[] 張猛,房俊龍,[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2013,S1:171176.]。因?yàn)閆igbee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)自身的特點(diǎn)，所以接下來(lái)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的操作就不再依賴協(xié)調(diào)器存在而存在?？傮w來(lái)說(shuō)Coordinator的主要任務(wù)有以下四個(gè)：（1）。（2）開(kāi)始組建一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。（3）接收其他節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求信息，然后，選擇性的允許其他節(jié)點(diǎn)加入到剛組建中網(wǎng)絡(luò)中來(lái)。（4）它通常還會(huì)提供信息路由，安全管理和其他的服務(wù)。 Router(路由器)路由器主要作用有:一是允許其他的設(shè)備加入本網(wǎng)絡(luò)，二是多跳路由可以協(xié)助它自己和終端設(shè)備的正常通訊。通常，路由器希望是一直處于活動(dòng)狀態(tài)，因此它必須使用主電源供電。不過(guò)，當(dāng)處于樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，允許路由會(huì)周期性的間隔操作，這樣會(huì)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(gè)任務(wù)：(1)在網(wǎng)絡(luò)中，路由器為節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)信息從而完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信。(2)允許在他附近的子節(jié)點(diǎn)通過(guò)發(fā)送請(qǐng)求由自己加入整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中。 EndDevice(終端設(shè)備)終端設(shè)備沒(méi)有特定的維持網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的責(zé)任，它可以睡眠或者喚醒，因此它可以可以是一個(gè)電池供電設(shè)備。通常，終端設(shè)備對(duì)存儲(chǔ)空間(特別是RAM的需要)比較小。EndDevice一般處于網(wǎng)絡(luò)的邊緣，主要任務(wù)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(diǎn)加入到網(wǎng)絡(luò)中來(lái)。一般EndDevice節(jié)點(diǎn)是由電池來(lái)供電的，但是為了減少電能的損耗，當(dāng)它不工作的時(shí)候可以通過(guò)進(jìn)入休眠狀態(tài)來(lái)達(dá)到省電目的。 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與一般網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)類似，Zigbee網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般有三種形式：星形拓?fù)洹?shù)形拓?fù)?、網(wǎng)狀拓?fù)洌? 星形拓?fù)湫切瓮負(fù)湫问较鄬?duì)來(lái)說(shuō)是比較簡(jiǎn)單的，這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有兩部分組成，一個(gè)是Coordinator節(jié)點(diǎn)，另一個(gè)是許多EndDevice節(jié)點(diǎn)，如圖21所示。Coordinator是任意兩個(gè)EndDevice通信的中轉(zhuǎn)站，也就是說(shuō)EndDevice可以自如的與Coordinator進(jìn)行通信，如果想與其他的EndDevice節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信的話就必須先通過(guò)Coordinator節(jié)點(diǎn)進(jìn)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.]?？梢钥闯觯坏〤oordinator節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，整個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)徹底不工作了。圖 21 星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 樹(shù)形拓?fù)錁?shù)形拓?fù)浒ㄒ粋€(gè)Coordinator以及一系列的Router和EndDevice節(jié)點(diǎn)，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(diǎn)又可以連接一系列的Router和EndDevice節(jié)點(diǎn)，這樣就形成了一個(gè)層次清晰的通信網(wǎng)絡(luò)。在這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，連接相同父設(shè)備下的設(shè)備互相稱作兄弟節(jié)點(diǎn)，而有連接相同祖父設(shè)備的設(shè)備互稱作堂兄弟節(jié)點(diǎn)。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備都只能和他的父設(shè)備和子設(shè)備之間進(jìn)行通信。一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備與另外一個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備相互收發(fā)信息，信息將順著樹(shù)的路徑向上傳遞到最近的祖先設(shè)備，然后，再向下傳遞到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)設(shè)備。和星形拓?fù)浣Y(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(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的山地橘園精細(xì)化滴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電子技術(shù)與軟件工程,2014,14:1920.]。如果中間有一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)造成局部或大面積的系統(tǒng)阻塞。圖 22 樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 網(wǎng)狀拓?fù)渚W(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是由Coordinator、Router和EndDevice三部分組成，如圖23所示。網(wǎng)狀拓?fù)浔葮?shù)形拓?fù)涓邇?yōu)勢(shì)，有更加靈活的信息路由規(guī)則。路由節(jié)點(diǎn)可以同另一個(gè)路由節(jié)點(diǎn)直接的進(jìn)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(wú)線傳輸網(wǎng)絡(luò)中某個(gè)終端設(shè)備出現(xiàn)了問(wèn)題，信息可以自動(dòng)選擇其他路由路徑進(jìn)行工作，這樣的話信息傳輸?shù)目煽啃跃偷靡员Ｕ稀D 23 網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) Zigbee技術(shù)的特點(diǎn)作為一種剛剛興起的無(wú)線通信技術(shù)，Zigbee技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)是相當(dāng)?shù)难该停?dāng)然，這和他自身的特點(diǎn)是離不開(kāi)的。同其他的無(wú)線傳輸技術(shù)相比，Zigbee技術(shù)具有很大的優(yōu)勢(shì)。Zigbee的技術(shù)特點(diǎn)主要包括以下內(nèi)容：(1)功耗低：因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)間比較短、收發(fā)信息功耗低，外加休眠模式，因此Zigbee節(jié)點(diǎn)非常省電，連續(xù)工作長(zhǎng)達(dá)2年。(2)數(shù)據(jù)傳輸可靠：為了減少發(fā)送數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤，Zigbee的媒體接入控制層(MAC層)采用talk．when．ready的碰撞避免機(jī)制，發(fā)送端不是隨便就會(huì)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(rèn)信息后才可以發(fā)送。(3)網(wǎng)絡(luò)容量大：一個(gè)Zigbee的網(wǎng)絡(luò)可以容納多達(dá)255個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，其中，必須包括一個(gè)主控設(shè)備，其他的都是從屬設(shè)備。如果使用網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(NetworkCoordinator)的話，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)最多可以支持超過(guò)64000個(gè)Zigbee網(wǎng)路節(jié)點(diǎn)，這時(shí)整個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目將相當(dāng)?shù)凝嫶蟆?4)時(shí)延短：一是進(jìn)行通信時(shí)的時(shí)間延時(shí)短，二是從休眠模式跳轉(zhuǎn)到正常工作模式的時(shí)間延時(shí)短。(5)兼容性：Zigbee技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)可以互相兼容，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器(Coordinator)自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)，采用載波偵聽(tīng)、沖突檢測(cè)()方式進(jìn)行信道接入。同時(shí)，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(duì)數(shù)據(jù)的完整性進(jìn)行檢測(cè)和檢查，同時(shí)還可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鑒權(quán)的功能。除此之外，還采用三級(jí)安全保護(hù)措施對(duì)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行保護(hù)[[] 徐書(shū)芳,王金海,宮玉龍,[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2013,08:8083.]。(7)實(shí)現(xiàn)成本低：Zigbee模塊成本很低，而且無(wú)專利費(fèi)。(8)自組織性和自愈能力：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)可以自動(dòng)搜尋在其附近的節(jié)點(diǎn)，并且自動(dòng)與他們通過(guò)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議相連，最后共同組成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。除此之外，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)有節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)問(wèn)題或節(jié)點(diǎn)位置發(fā)生變化時(shí)，網(wǎng)絡(luò)可以自動(dòng)修復(fù)，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)也會(huì)隨之改變，從而使整個(gè)系統(tǒng)可以應(yīng)對(duì)突發(fā)情況，更具可靠性。 ，該標(biāo)準(zhǔn)定義了物理層(PHY)和介質(zhì)訪問(wèn)控制層(MAC)，特點(diǎn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不復(fù)雜、廉價(jià)、功耗極少和吞吐量靈活等。其主要目標(biāo)有容易安裝、傳輸可靠、成本低極、電池壽命長(zhǎng)，通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)議簡(jiǎn)單、靈活等。:,915MHz以及868MHz。，在902MHz和928MHz之間有10個(gè)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(guó)強(qiáng),何鑫,