【正文】 MQ135氣體傳感器MQ135參數(shù)：（1）檢測(cè)氣體：氨氣、硫化物、氫氣、苯系蒸汽等（2）檢測(cè)濃度：101000ppm（3）工作電壓：177。MQ135氣體傳感器價(jià)格便宜，可以檢測(cè)出氨氣、 硫化物、 苯系蒸汽，對(duì)煙霧和其它有害物質(zhì)的監(jiān)測(cè)也很靈敏。二氧化錫在氣體中電導(dǎo)率很低，它的電導(dǎo)率與污染氣體的含量成正比。 圖 35 DHT11引腳圖DHT11參數(shù)如下：（1）可以檢測(cè)空氣的濕度和溫度；（2）濕度測(cè)量范圍：21%到91%RH；（3）溫度測(cè)量范圍：0度到50度；（4）工作電壓：；（5）電源指示燈（紅色）。由于體積不大和價(jià)格低廉，使其占有很好的市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。傳感器有三部分組成：一個(gè)是通過(guò)電阻變化的感濕器件，另一個(gè)是檢測(cè)溫度器件，還有一個(gè)8位主控制芯片[[] 李巖舟,周清,班彩霞,陳科余,詹榮,鄒明,韋敏立. 教學(xué)型溫室大棚的研制[J]. 裝備制造技術(shù),2012,06:220221+226. ]。P0_P1_0P1_P2_0P2_4：數(shù)字I/O 端口；? P1_0、P1_1： 驅(qū)動(dòng)能力；? P2_P2_4： kHz XOSC。：電源（數(shù)字）引腳， 數(shù)字電源去耦，不使用外部電路供應(yīng)；? GND 1，2，3，4：未使用的引腳圖 34 CC2530引腳圖? AVDD1到AVDD6：電源（模擬）引腳，2V– 模擬電源連接；? DVDD1無(wú)線設(shè)備還包括一個(gè)數(shù)據(jù)包過(guò)濾模塊和地址識(shí)別模塊[[] 任志健,莫偉健,萬(wàn)智萍. 基于CC2530的Zigbee2007/PRO協(xié)議的無(wú)線溫濕度系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 電子設(shè)計(jì)工程,2012,10:4043+48.]。除此之外。CC2530有32K、64K、128K、256K四種不同的閃存版本。當(dāng)CC2530處于空暇模式時(shí)，任何中斷都可以使其恢復(fù)到主動(dòng)模式。CC2530芯片是與8051內(nèi)核兼容，它有3種內(nèi)存器訪問(wèn)總線。 主要元器件的選用 CC2530芯片、Zigbee應(yīng)用的一個(gè)真正的片上系統(tǒng)解決方案。 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的軟件主要分為四個(gè)部分：數(shù)據(jù)采集處理、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及分析和數(shù)據(jù)顯示。手機(jī)通過(guò)下載應(yīng)用程序并安裝就可以接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備。電腦上位機(jī)程序是由VC++程序編寫的一個(gè)數(shù)據(jù)輸出窗口，通過(guò)讀取串口緩存區(qū)得到采集的數(shù)據(jù)，最后，將數(shù)據(jù)從窗口中輸出。協(xié)調(diào)器的角色主要涉及網(wǎng)絡(luò)的啟動(dòng)和配臵。（4）Zigbee協(xié)調(diào)器為了減輕Zigbee網(wǎng)絡(luò)的負(fù)擔(dān)，每個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)只有一個(gè)協(xié)調(diào)器。（3）數(shù)據(jù)路由器路由器是為了增強(qiáng)Zigbee網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性而加入到網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，其主要的作用是看管其他終端節(jié)點(diǎn)。這些傳感器可以根據(jù)所測(cè)物質(zhì)的變化采集數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)化為電平變化，然后，再經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)化為自己所需要的信號(hào)傳送給終端節(jié)點(diǎn)。圖 32 室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀硬件總體結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要的硬件設(shè)備包括：（1）傳感器每個(gè)終端節(jié)點(diǎn)連接不同的傳感器，比如：DHT1MQMQ135等傳感器。本文并結(jié)合Zigbee技術(shù)的低成本、網(wǎng)絡(luò)容量大、低功耗、高可靠性等優(yōu)點(diǎn)，本系統(tǒng)將采用Zigbee組網(wǎng)的方式組成無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，將采用部署無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)定點(diǎn)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的方式對(duì)空氣污染進(jìn)行監(jiān)測(cè)。移動(dòng)監(jiān)測(cè)，一般是將監(jiān)測(cè)設(shè)備放在可移動(dòng)的物體上，在監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)來(lái)回移動(dòng)，在移動(dòng)的過(guò)程中采集相關(guān)數(shù)據(jù)[[] 洪鋒,褚紅偉,金宗科,單體江,[J].計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展,2010,S2:8187.]。定點(diǎn)監(jiān)測(cè)，在需要監(jiān)測(cè)的范圍內(nèi)放置監(jiān)測(cè)設(shè)備和布線，同時(shí)需要有人進(jìn)行監(jiān)管。對(duì)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫(kù)操作以及應(yīng)用程序的開發(fā)還不具備相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，因此，在本文的主要內(nèi)容中沒(méi)有過(guò)多介紹，只是擁有對(duì)該系統(tǒng)的整體構(gòu)想（如上所說(shuō)），這將是本人或者其他有興趣者研究的方向?？傮w設(shè)計(jì)框架如上所說(shuō)，它涉及到了很多的學(xué)科領(lǐng)域，需要結(jié)合龐大的知識(shí)體系，才能最終完成該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)。該層主要包括執(zhí)行管理、分布式數(shù)據(jù)挖掘活動(dòng)和傳感器注冊(cè)表及控制的功能。各個(gè)傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)時(shí)，都會(huì)對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行記錄保存（例如監(jiān)測(cè)時(shí)間、地點(diǎn)、檢測(cè)物類型、含量等），這些信息最終會(huì)實(shí)時(shí)存入服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫(kù)，形成報(bào)表形式，便于工作人員查閱。圖 31 室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀資源層：是該系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的最下面的一層，它保證了系統(tǒng)的正常運(yùn)行?？諝赓|(zhì)量檢測(cè)儀需要具備以下功能要求：（1）監(jiān)測(cè)范圍廣：系統(tǒng)監(jiān)測(cè)需要覆蓋區(qū)域內(nèi)的各個(gè)范圍，每個(gè)房間就需要設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，人流量大的地方需要加大監(jiān)測(cè)點(diǎn)密度；（2）監(jiān)測(cè)項(xiàng)目多：、二氧化硫、氨氣、一氧化氮、溫濕度、苯的化合物等空氣指標(biāo)；（3）監(jiān)測(cè)頻率高：24小時(shí)不間斷監(jiān)測(cè)，至少每隔十分鐘監(jiān)測(cè)一次；（4）數(shù)據(jù)采集、分析功能：利用傳感器自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，然后通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換等將采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)；（5）數(shù)據(jù)發(fā)送、存儲(chǔ)功能：通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將得到的監(jiān)測(cè)信息發(fā)送給上位機(jī)服務(wù)器，并保證監(jiān)測(cè)信息能夠?qū)崟r(shí)地存儲(chǔ)到服務(wù)器中的數(shù)據(jù)庫(kù)，便于觀測(cè)者訪問(wèn)監(jiān)測(cè)信息；（6）監(jiān)測(cè)信息處理功能：監(jiān)測(cè)信息被實(shí)時(shí)保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，相關(guān)人員可以通過(guò)相應(yīng)的應(yīng)用軟件高效地訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，得到有關(guān)的信息，從而清楚地了解到各地的空氣質(zhì)量情況；（7）反應(yīng)速度快：系統(tǒng)各模塊的處理能力應(yīng)適應(yīng)周圍空氣質(zhì)量的變化狀況，一旦發(fā)現(xiàn)空氣質(zhì)量異常,能夠快速地作出反應(yīng),及時(shí)產(chǎn)生報(bào)警等有效措施。 系統(tǒng)功能規(guī)劃本設(shè)計(jì)主要是通過(guò)傳感器、Zigbee模塊、上位機(jī)程序和安卓手機(jī)應(yīng)用程序搭建一個(gè)基于Zigbee無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀。主要解釋了系統(tǒng)的總體的設(shè)計(jì)方案，包括系統(tǒng)的硬件的思路、焊接步驟和軟件編寫思路。第3章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案規(guī)劃本章主要是講室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀設(shè)計(jì)的總體規(guī)劃。放置在較遠(yuǎn)地方的節(jié)點(diǎn)設(shè)備向ZDO發(fā)送請(qǐng)求，當(dāng)其他設(shè)備收到請(qǐng)求信息時(shí)，ZDO就會(huì)通過(guò)對(duì)對(duì)象的設(shè)置從而取得所需要的描述符的符值。在Zigbee應(yīng)用中，提供2種標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)類型：一個(gè)是鍵值對(duì)（KVP），另一個(gè)是報(bào)文（MSG）。Zigbee設(shè)備對(duì)象的功能包括：（1）規(guī)定各個(gè)設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中所扮演角色(如協(xié)調(diào)器和終端設(shè)備)；（2）發(fā)起和響應(yīng)綁定請(qǐng)求；（3）在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立安全機(jī)制；（4）負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，并且決定向他們提供何種應(yīng)用服務(wù)。 應(yīng)用層（APL）Zigbee應(yīng)用層框架由應(yīng)用支持層、Zigbee設(shè)備對(duì)象和制造商所定義的應(yīng)用對(duì)象三部分組成。網(wǎng)絡(luò)層主要功能：一是控制節(jié)點(diǎn)連接或斷開網(wǎng)絡(luò)，二是納入或移除其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，三是查找節(jié)點(diǎn)和傳送數(shù)據(jù)等。 介質(zhì)接入控制子層（MAC）MAC層負(fù)責(zé)處理所有的物理無(wú)線信道訪問(wèn)，并產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)信號(hào)、同步信號(hào)；支持PAN連接和分離，：（1）網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器產(chǎn)生信標(biāo)；（2）與信標(biāo)同步；（3）支持PAN(個(gè)域網(wǎng))鏈路的建立和斷開；（4）為設(shè)備的安全性提供支持；（5）信道接入方式采用免沖突載波檢測(cè)多址接入(CSMACA)機(jī)制；（6）處理和維護(hù)保護(hù)時(shí)隙(GTS)機(jī)制；（7）在兩個(gè)對(duì)等的MAC實(shí)體之間提供一個(gè)可靠的通信鏈路。Zigbee協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)如圖24所示：圖 24 Zigbee協(xié)議的體系結(jié)構(gòu) 物理層（PHY）物理層定義了物理無(wú)線信道和MAC子層之間的接口，提供物理層數(shù)據(jù)服務(wù)和物理層管理服務(wù)。底層為上層提供服務(wù)：即由數(shù)據(jù)服務(wù)實(shí)體提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，管理實(shí)體提供所有的其他管理服務(wù)。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,[J].電測(cè)與儀表,2014,01:8588.]。:,915MHz以及868MHz。 ，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。(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，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)[[] 徐書芳,王金海,宮玉龍,[J].電子技術(shù)應(yīng)用,2013,08:8083.]。同時(shí)，利用全握手協(xié)議提高傳輸可靠性。(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。(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。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。圖 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?，?dāng)然，這和他自身的特點(diǎn)是離不開的。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。圖 22 樹形拓?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。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.]。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。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)?？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。YuWei Huang。 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)?、樹形拓?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。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)。 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。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。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。（4）它通常還會(huì)提供信息路由，安全管理和其他的服務(wù)。（2）開始組建一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。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。協(xié)調(diào)器的角色主要涉及網(wǎng)絡(luò)的啟動(dòng)和配臵。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)。 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)。 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.]。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。、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.]。、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)。最后，進(jìn)行實(shí)物制作，完成設(shè)計(jì)。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。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。除此之外，重點(diǎn)Zigbee協(xié)議體系結(jié)構(gòu)講解。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。經(jīng)過(guò)寫入程序、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。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。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)。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。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。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。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)。室內(nèi)空氣檢測(cè)項(xiàng)目見表11。室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測(cè)儀要達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)如下：（1）網(wǎng)絡(luò)容量：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)；（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)；