【正文】 就會發(fā)出報警來提醒用戶采取相應的措施。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)疾病相關分析[J]. 地理信息世界,2013,06:4248.]。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)。空氣質(zhì)量指數(shù)級別見表12。各類人群可正常活動51100Ⅱ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。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。首先，我對無線傳感器網(wǎng)絡的總體結(jié)構進行總結(jié)分析，尤其對傳感器網(wǎng)絡的關鍵技術進行詳細的介紹。再次，在軟件方面，對設計的各種程序進行設計。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。 文本結(jié)構本設計是通過傳感器和Zigbee模塊搭建完成一個利用Zigbee無線傳感技術的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測儀。第2章 Zigbee技術簡介，主要對Zigbee的基本概念解釋，包括設備類型、拓撲結(jié)構、Zigbee技術的特點。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。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。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。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。第2章 Zigbee技術簡介Zigbee技術是一種近距離、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。 Zigbee基本概念Zigbee技術是一種近距離、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。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?？傊?，Zigbee技術是一種廉價的，節(jié)省能源的，短路程的無線通訊網(wǎng)絡技術。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。它也是網(wǎng)絡的第一個設備。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)。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.]?？傮w來說Coordinator的主要任務有以下四個：（1）。（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。 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。不過，當處于樹狀網(wǎng)絡拓撲結(jié)構，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。(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。通常，終端設備對存儲空間(特別是RAM的需要)比較小。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。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。ChunCheng coverage mechanism for distinct quality of monitoring in wireless mobile sensor networks[J]．Ad Hoc Networks,2014,06:231235.]。圖 21 星形拓撲結(jié)構 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。在這種拓撲結(jié)構中，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。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。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。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。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?。同其他的無線傳輸技術相比，Zigbee技術具有很大的優(yōu)勢。(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。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?5)兼容性：Zigbee技術與現(xiàn)有技術可以互相兼容，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。(6)安全性：Zigbee技術可以對數(shù)據(jù)的完整性進行檢測和檢查，同時還可以對數(shù)據(jù)進行鑒權的功能。(7)實現(xiàn)成本低：Zigbee模塊成本很低，而且無專利費。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。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。在902MHz和928MHz之間有10個信道。 Zigbee協(xié)議體系結(jié)構Zigbee的體系結(jié)構由稱為層的各模塊組成。服務實體是由服務接入點(SAP)為他上層提供接口，每個服務接入點利用服務原語完成其各項功能。物理層內(nèi)容如下：（1）Zigbee的激活；（2）當前信道的能量檢測；（3）接收鏈路服務質(zhì)量信息；（4）Zigbee信道接入方式；（5）信道頻率選擇；（6）數(shù)據(jù)傳輸和接收。 網(wǎng)絡層（NWK）網(wǎng)絡層是Zigbee協(xié)議棧的最主要組成部分。功能如下：（1）網(wǎng)絡發(fā)現(xiàn)；（2）網(wǎng)絡形成；（3）允許設備連接；（4）路由器初始化；（5）設備同網(wǎng)絡連接；（6）直接將設備同網(wǎng)絡連接；（7）斷開網(wǎng)絡連接；（8）重新復位設備；（9）接收機同步；（10）信息庫維護。應用支持層的功能：一是維持綁定表，二是為綁定的設備傳遞消息。 應用程序框架（AF）用戶可以自己設計應用的對象，通過設計編寫應用程序，程序要依據(jù)profile規(guī)范進行編寫，然后在Zigbee協(xié)議棧上運行。 Zigbee設備對象（ZDO）ZDO是特殊的應用對象，它在端點（entire）0上實現(xiàn)。ZDO使用APS層的APSDESAP和網(wǎng)絡層的NLMESAP實現(xiàn)這些功能，Zigbee設備對象（ZDO）的功能包括：（1）管理對網(wǎng)絡中的設備進行角色設置；（2）對關聯(lián)請求進行初始化設置；（3）負責設備之間信息傳遞的安全保障。其中，包括系統(tǒng)的各項性能設想，系統(tǒng)要實現(xiàn)什么樣的目標，達到什么樣的要求。其中，對系統(tǒng)所使用的各個元器件進行進一步的講解。空氣質(zhì)量檢測儀基于Zigbee的無線傳感網(wǎng)絡，更加方便、快捷，適用于新房入住和剛裝修完的房子的空氣質(zhì)量檢測，也可以對室內(nèi)空氣質(zhì)量進行實時檢測，尤其老人、孕婦、兒童等抵抗力弱的人群更加需要。 系統(tǒng)設計方案根據(jù)系統(tǒng)的應用需求，本文設計的室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測儀可以分為三層結(jié)構：資源層、中間層及應用層，如圖31所示。這層的功能是對硬件進行管制，包括傳感器如何進行網(wǎng)絡連接，數(shù)據(jù)的收集、數(shù)據(jù)的整理等[[] Ibrahim AlAdwan, Munaf S. N. AlD, “The Use of Zigbee Wireless Network for Monitoring and Controlling Greenhouse Climate,” International Journal of Engineering and Advanced Technology,ISSN: 22498958, Volume2, Issue1, 2012,12:245247.]。中間層：這是管理傳感器網(wǎng)絡體系結(jié)構的核心層。服務層：服務層可以獲取資源層的信息，即是說，允許應用程序訪問數(shù)據(jù)庫中存儲的關于監(jiān)測信息的數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)調(diào)用到自己的程序中，為己所需。由于個人時間和精力有限，加上知識面的局限性，本人重點完成了該系統(tǒng)中的底層（資源層）的設計，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、分析、發(fā)送等功能，主要包括資源層硬件電路搭建以及驅(qū)動程序的編寫。 系統(tǒng)的硬件設計傳統(tǒng)的空氣污染監(jiān)測方法有定點和移動兩種。缺點是適應性差，不能隨著檢測目標的改變而進行變化。與定點監(jiān)測相比，優(yōu)勢還是比較明顯，如方便靈活、重組性高、可以根據(jù)需要進行改變。室內(nèi)空氣質(zhì)量檢測儀硬件總體結(jié)構如圖32所示。根據(jù)特定的應用環(huán)境選擇相應的傳感器。（2）終端節(jié)點數(shù)據(jù)監(jiān)測終端節(jié)點主要任務是收集各種傳感器采集的信息，、一氧化碳、二氧化硫、一氧化氮、溫濕度等，并適當?shù)奶幚?、管理和存儲，最后把這些數(shù)據(jù)按照Zigbee協(xié)議發(fā)給路由器，在Zigbee網(wǎng)絡中，這些節(jié)點可以作為路由器節(jié)點中轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。它在Zigbee網(wǎng)絡中起到承上啟下的功能，既要與監(jiān)測節(jié)點通信，接收監(jiān)測數(shù)據(jù)，還要跟協(xié)調(diào)器通信，將數(shù)據(jù)傳給協(xié)調(diào)器，為不能直接通信的各個節(jié)點提供無線中繼轉(zhuǎn)發(fā)功能，保證數(shù)據(jù)在傳輸過程穩(wěn)定順暢，使數(shù)據(jù)能夠順暢地傳送到協(xié)調(diào)上。協(xié)調(diào)器管理整個網(wǎng)絡，也可作為路由器使用，它匯集了整個監(jiān)測網(wǎng)絡中傳感器采集的數(shù)據(jù)，并通過USB將這些數(shù)據(jù)傳到電腦上位機上，它是整個Zigbee無線網(wǎng)絡的網(wǎng)關，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)。（5）電腦上位機電腦通過通過串口轉(zhuǎn)USB程序?qū)㈦娔X的串口進行設置，然后，協(xié)調(diào)器可以通過USB數(shù)據(jù)線與電腦連接將傳感器采集的數(shù)據(jù)傳給電腦上位機程序。（6）Android手機端安卓終端是在Android開發(fā)環(huán)境中開發(fā)的一個手機應用程序。觀測者可以通過設置虛擬服務器，更改路由設置，然后手機通過WiFi使手機客戶端訪問這個IP地址，最后，與電腦上位機建立一個連接，將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡傳送給手機客戶端，從而達到手機查看監(jiān)測數(shù)據(jù)。如圖33所示：圖 33 軟件設計圖（1）數(shù)據(jù)采集處理的軟件，主要包括單片機控制傳感器對數(shù)據(jù)的獲取、A/D轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)儲存、與Zigbee通信等過程；（2）數(shù)據(jù)傳輸?shù)能浖?，一是實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡中各個節(jié)點之間的通信，二是實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中器通過GPRS與外部服務器之間的通信等；（3）數(shù)據(jù)存儲及分析軟件，主要是實現(xiàn)將傳感器采集的數(shù)據(jù)進行管理、分析和存儲、提取等功能；（4）數(shù)據(jù)顯示的軟件主要制作一個上位機交互軟件，觀測者可以通過操作軟件了解空氣污染監(jiān)測的各種數(shù)據(jù)，包括歷史數(shù)據(jù)，實時數(shù)據(jù)，及未來的變化趨勢等。它能夠以非常低的成本建立強大的網(wǎng)絡節(jié)點。CC2530單片機使用單周期訪問SER、DATA、和主SRAM。CC2530結(jié)合了領先的RE收發(fā)器的優(yōu)良性能，業(yè)界標準的增強型8051CPU，系統(tǒng)內(nèi)可編程閃存。CC2530具有不同的運行模式，使得它尤其適應超低功耗要求的系統(tǒng)。RF內(nèi)核控制模擬無線模塊。CC2530引腳圖如圖34所示。、DVDD2：電源（數(shù)字）引腳，2V– 數(shù)字電源連接；? DCOUPL連接到GND；? RESET_N：數(shù)字輸入復位，活動到低電平；? XOSC_Q1：模擬I/O 32MHz 晶振引腳或外部時鐘輸入；? XOSC_Q2：模擬I/O 32MHz 晶振引腳2；? RF_N：RF I/O RX 期間負RF 輸入信號到LNA；? RF_P：RF I/O RX 期間正RF 輸入信號到LNA；? P0_0 傳感器 DHT11溫濕度傳感器DHT11數(shù)字溫濕度傳感器是一款含有已校準數(shù)字信號輸出的溫濕度復合傳感器。DHT11數(shù)字溫濕度傳感器具有質(zhì)量好、響應快、抗干擾力強、性價比高等特點。該產(chǎn)品為4針單排引腳封裝，如圖35所示 。 MQ135半導體空氣質(zhì)量傳感器MQ135傳感器使用的氣敏材料是二氧化錫。因此，可以利用電路檢測電導率的變化，最后