【正文】 器具有輕微的極性，VC 需用直流電源。使用簡(jiǎn)單的電路即可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)換為與該氣體濃度相對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)[11]。超小的體積、極低的功耗，信號(hào)傳輸距離可達(dá)20米以上，使其成為各類(lèi)應(yīng)用甚至最為苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合的最佳選則。它應(yīng)用專(zhuān)用的數(shù)字模塊采集技術(shù)和溫濕度傳感技術(shù)，確保產(chǎn)品具有極高的可靠性與卓越的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。共6個(gè)16位定時(shí)器，其中兩個(gè)與傳統(tǒng)8051兼容的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,16位定時(shí)器T0和T1，沒(méi)有定時(shí)器T2，PCA模塊可再實(shí)現(xiàn)4個(gè)16位定時(shí)器。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，不僅要考慮電壓和電流大小等基本參數(shù)而且要考慮電源使用效率、降低噪聲、復(fù)雜程度和干擾等方面優(yōu)化[6]。傳感器模塊采用集成溫濕度傳感器DHT1MQ2型氣體傳感器、光照強(qiáng)度傳感器用光敏電阻和電能質(zhì)量檢測(cè)用電壓電流互感器和CS5460A芯片，電源采用交流220V變壓整流直流5V供電。根據(jù)系統(tǒng)的需要，傳感器節(jié)點(diǎn)應(yīng)具備以下功能。故要求系統(tǒng)的安全性（3）外觀：由于要安裝在家庭各個(gè)地點(diǎn)，故要求其盡量小巧，美觀。分別從軟硬件兩個(gè)方面來(lái)得以實(shí)現(xiàn)。（5）電能質(zhì)量電能質(zhì)量的主要指標(biāo)有電壓、頻率和波形。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到煙霧濃度大于用戶(hù)設(shè)定是初值時(shí)，PC會(huì)立即發(fā)送報(bào)警信號(hào)到報(bào)警裝置或者是家庭成員的手機(jī)或直接報(bào)警，PC在啟動(dòng)報(bào)警裝置的同時(shí)，或可以自動(dòng)控制開(kāi)窗，以達(dá)到室內(nèi)空氣流通的效果，保證家庭成員的安全。目前人們經(jīng)常是通過(guò)普通的加濕器來(lái)調(diào)節(jié)室內(nèi)濕度，此類(lèi)加濕器一般只是手動(dòng)操作，這樣就存在著人為的主觀不確定性，最終也有可能不利于環(huán)境之改善。（1）溫度濕度人體對(duì)溫度的變化甚為敏感，在環(huán)境溫度高于35攝氏度后，每增加一度對(duì)人體的負(fù)面影響都是幾何級(jí)的增加，故此系統(tǒng)中最重要亦是最基本的就是環(huán)境中溫度的采集。當(dāng)監(jiān)測(cè)區(qū)域較大時(shí)，可用增加傳感器節(jié)點(diǎn)的方法來(lái)保證網(wǎng)絡(luò)的連通性，相反區(qū)域較小時(shí)可以根據(jù)情況減少路由器節(jié)點(diǎn)的設(shè)置以節(jié)省系統(tǒng)資源，降低成本。 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)本論文是基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，故根據(jù)ZigBee技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)和特點(diǎn)設(shè)計(jì)了由多傳感器節(jié)點(diǎn)，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和PC組成的該系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)層提供了兩個(gè)必須的功能服務(wù)實(shí)體來(lái)向應(yīng)用層提供服務(wù)接口，它們分別是管理服務(wù)實(shí)體和數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體。 ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖在星狀結(jié)構(gòu)中無(wú)論是路由器或終端設(shè)備都是直接與協(xié)調(diào)器進(jìn)行通信，在ZigBee協(xié)調(diào)器則負(fù)責(zé)運(yùn)作與維護(hù)著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)；在簇狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)初始化和建立網(wǎng)絡(luò)的操作，而路由器則對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)展，終端設(shè)備的信息由路由器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),只不過(guò)在簇狀結(jié)構(gòu)中終端間的信息交換只能通過(guò)一級(jí)級(jí)向上傳遞到協(xié)調(diào)器，再由協(xié)調(diào)器將信息分發(fā)下去。（2）ZigBee路由器：它也是全功能設(shè)備在加入網(wǎng)絡(luò)后，協(xié)調(diào)器就會(huì)分配給它一定量的十六位地址空間，再由其分別分配給下級(jí)節(jié)點(diǎn)使用，方便每個(gè)節(jié)點(diǎn)接入或離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)，具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)及路由之功能?；顒?dòng)設(shè)備信道接入延時(shí)和休眠激活延時(shí)均僅為15ms，而搜索設(shè)備延時(shí)時(shí)間達(dá)到30ms；根據(jù)ZigBee聯(lián)盟所設(shè)定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，按功能分其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備劃分為三種：ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee路由器，ZigBee終端設(shè)備。它的超低功耗也使得在應(yīng)用中兩節(jié)普通AAA干電池即可使用6個(gè)月至2年的時(shí)間，這也是ZigBee的最大的一個(gè)優(yōu)勢(shì)；(4)網(wǎng)絡(luò)容量大。(1) 網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性好。此外，單個(gè)ZigBee無(wú)線模塊就可與254個(gè)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)，若網(wǎng)絡(luò)中加入路由節(jié)點(diǎn)，則網(wǎng)絡(luò)最大承載量可支持65535個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備互聯(lián)。ZigBee協(xié)議則比藍(lán)牙技術(shù)、高速率個(gè)人區(qū)域網(wǎng)或 。ZigBee的名字主要來(lái)源于蜜蜂通過(guò)跳 ZigZag形狀的舞蹈來(lái)傳遞所發(fā)現(xiàn)的食物的位置、距離和方向等信息，一只一只的傳遞下去，此種技術(shù)與蜜蜂的這種通信方式相類(lèi)似。這樣做的好處是不需要專(zhuān)門(mén)的通信蜜蜂，通過(guò)信息接力就完成了整個(gè)通信，從而實(shí)現(xiàn)了蜜蜂的低成本、低數(shù)據(jù)速率、自組織、低功耗、近距離、低復(fù)雜度等的信息傳遞方式。同時(shí)此系統(tǒng)還省去了繁瑣的有線系統(tǒng)布線對(duì)家居美觀性的損害。(1)ZigBee協(xié)議的介紹。確定了使用頻段，最高數(shù)據(jù)傳輸速度達(dá) ，和紅外技術(shù)相比，藍(lán)牙有著較高的傳輸速率，而且不需要像紅外線那樣進(jìn)行口對(duì)口的連接才能傳輸數(shù)據(jù)，所有的藍(lán)牙終端基本上只要在有效的范圍內(nèi)使用，就隨時(shí)可以進(jìn)行連接收發(fā)數(shù)據(jù)。熱點(diǎn)是通過(guò)將訪問(wèn)節(jié)點(diǎn)安裝在互聯(lián)網(wǎng)連接上來(lái)創(chuàng)建的。而在2006年作為中國(guó)通信行業(yè)龍頭的華為公司亦加入了此聯(lián)盟。由于有線的束縛和影響，其美觀性較無(wú)線系統(tǒng)差，不利于家居的后續(xù)裝修。(3)系統(tǒng)可擴(kuò)展性差。但當(dāng)采用有線技術(shù)方案時(shí)，根據(jù)智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)，它存在一些缺點(diǎn)，如下面幾項(xiàng)所示。目前，國(guó)內(nèi)的這些智能家居系統(tǒng)還處于萌芽的階段。(3)系統(tǒng)靈活，當(dāng)有新的環(huán)境參數(shù)被要求測(cè)量時(shí)，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性要求靈活，方便增加節(jié)點(diǎn)，以降低成本[1]。 智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)無(wú)線環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)擁有全面、可靠的環(huán)境信息采集分析能力。智能家居系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的部分就是本文所研究的環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)。隨著工業(yè)革命和信息技術(shù)革命的成功，進(jìn)入21世紀(jì)后，人類(lèi)的各種技術(shù)包括通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、控制理論、互聯(lián)網(wǎng)等都有了很大的發(fā)展，另外，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也使我們都希望居住在一個(gè)舒適的家居環(huán)境中，只有這樣我們的生活才會(huì)更好，身體才會(huì)健康。其中，將溫度、濕度、燈光傳感器的模擬量經(jīng)過(guò)單片機(jī)AD轉(zhuǎn)換處理后輸出相應(yīng)的控制動(dòng)作調(diào)節(jié)相應(yīng)參數(shù)；電能質(zhì)量的檢測(cè)，將互感器與電能質(zhì)量及單相雙向功率集成電路芯片CS5460A結(jié)合檢測(cè)電壓、電流、功率等檢測(cè)，經(jīng)單片機(jī)輸出相應(yīng)保護(hù)控制:瞬時(shí)過(guò)電流保護(hù)，過(guò)載保護(hù)、過(guò)電壓保護(hù)、失壓保護(hù)等。基于ZigBee技術(shù)的室內(nèi)環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要隨著嵌入式計(jì)算、傳感器、無(wú)線通信等技術(shù)的飛速發(fā)展，無(wú)線傳感網(wǎng)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、軍事國(guó)防和工農(nóng)業(yè)控制等諸多領(lǐng)域，已成為電子信息技術(shù)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。本文主要介紹基于STC12C5608AD單片機(jī)為核心的家庭環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件流程設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了在家庭環(huán)境中對(duì)溫度、濕度、燈光及家用電能質(zhì)量的檢測(cè)，其中分別用相應(yīng)傳感器、電流互感器、電壓互感器。 detection of power quality, the transformer and power quality and single phase bidirectional power integrated circuit chip CS5460A bined detection of voltage, current, power detection, SCM outputs corresponding protection control: instantaneous over current protection, overload protection, overvoltage protection, undervoltage protection etc.. This design uses ZigBee wireless network protocol, the system parameters of transmission and control, is also available with a PC realtime munication and monitoring.Keywords: Microcontroller, Sensor, ZigBee, Environmental Monitoring, 目 錄第1章 緒 論 1 本文研究背景與意義 1 智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn) 1 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及分析 2 典型無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)介紹 3 ZigBee技術(shù) 3 WiFi技術(shù) 3 3 本文主要研究?jī)?nèi)容及創(chuàng)新 4 4 4第2章 ZigBee技術(shù)綜述 5 ZigBee技術(shù)介紹 5 ZigBee協(xié)議分析 7第3章 家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)方案 8 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 8 系統(tǒng)功能定義 8 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求 10第4章 家居環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 11 系統(tǒng)電源電路 11 STC12C5608AD單片機(jī) 12 家居環(huán)境參數(shù)采集模塊 13 數(shù)字溫濕度傳感器DHT11 13 煙霧傳感器MQ2 14 光照強(qiáng)度傳感器 14 電壓電流檢測(cè)及保護(hù) 15 RS485通訊模塊 16 LCD液晶顯示模塊 17第5章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 18 ZigBee無(wú)線通訊協(xié)議 18 溫濕度傳感器程序 18 煙霧傳感器程序 19 電壓電流檢測(cè)及程序 20第6章 系統(tǒng)性能測(cè)試與評(píng)述 21 硬件測(cè)試 21 軟件測(cè)試 21總 結(jié) 22致 謝 23參考文獻(xiàn) 24附 錄 25附件A 系統(tǒng)原理圖 25附件B 系統(tǒng)程序 2631 / 35第1章 緒 論 本文研究背景與意義千百年來(lái)，人類(lèi)都在關(guān)注著自身的生活和居住條件，并努力改善和提高之。本文研究設(shè)計(jì)了一種智能家居環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)家庭環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)為用戶(hù)提供可靠并且全面的環(huán)境信息。因此，智能家居系統(tǒng)為用戶(hù)提供了安全、舒適、便捷生活的環(huán)境，從而使環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)成為了智能家居系統(tǒng)的一個(gè)非常重要關(guān)鍵部分與基本環(huán)節(jié)，能否擁有一個(gè)好的智能家居系統(tǒng)的關(guān)鍵在于能否設(shè)計(jì)出好環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，這對(duì)改善人們生活環(huán)境的舒適度有非常重要的意義。(2)多點(diǎn)監(jiān)測(cè)，需要對(duì)同一環(huán)境參數(shù)在不同地點(diǎn)和不同時(shí)間分別進(jìn)行測(cè)量，這是因?yàn)榄h(huán)境中各種環(huán)境信息不同的時(shí)間和空間上分布不具有均勻性，由此實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)的全面性和高精度性，甚至有時(shí)需要對(duì)同一環(huán)境參數(shù)在多點(diǎn)進(jìn)行