基于ZigBee网络的城市空气质量监测系统设计+电路图(2)
4.3路由节点电路设计.19
4.4协调器电路设计23
4.6供电方案设计25
4.7本章小结.26
5系统的软件设计27
5.1Z-Stack协议栈简介27
5.2路由器节点软件流程图27
5.2.1数据采集介绍27
5.2.2路由与转发介绍.30
5.3协调器节点软件流程图32
5.3.1协调器的组网与文护32
5.3.2数据接收与处理.32
5.3.3协调器与监控中心通信.32
5.4本章小结.33
6总结与展望.34
6.1总结.34
6.2展望.34
致谢35
参考文献..36
附录一 硬件总图.38
附录二 元件清单.38
1 绪论1.1 课题背景及意义随着改革的不断深入、生产力的提高，我国居民健康水平得到很大改善[10]。在这一片大好局势的背后，城市空气质量的下降也随之出现了。到目前为止，全球各个地区出现了不同程度的空气污染现象， 其中发展中国家的空气污染状况尤为严峻。城市交通、发电厂、石英厂等一系列燃料燃烧所释放的废气，充斥着各大都市，这些空气污染在不同程度上威胁着地球人类的健康生活。2013 年，“雾霾”二字从此不再陌生。据统计，2013 年的 1 月，4 次大规模雾霾席卷了我国许多城市[11]。目前，国内大都市中，很少能满足达到 WHO（World Health Organization，世界卫生组织）的空气质量标准[12]。综上，为了实时、准确、有效地监测和汇报城市空气质量状况，对周围空气质量数据了如指掌，一个优秀的城市空气质量监测系统显得非常重要，它需要适应各种复杂的地理状况，并且低功耗、方便组网、性能稳定。城市空气质量监测系统可以为人们提供实时的空气质量数据，将空气质量情况可视化，预报城市空气质量的变化趋势，准确无误地将城市空气质量监测情况传递到相关部门，以预防有严重的空气污染正酝酿或者蔓延开来， 为当地政府制定环境污染治理政策提供最强有力的依据。因此，城市空气质量监测系统的建立有着极其深远的意义。
1.2 国内外城市空气质量监测系统研究现状从上个世纪开始，许多国家就构建起了城市空气质量监测系统。为了能够确保采集、传输、整理分析和综合应用到监测数据的准确性和可靠性。国外建立了许多空气监测网络，能实时在线监测规定的气体污染物，例如CO、SO2、NO2、O3、PM2.5等，形成了完整的监测网络系统的设计、监测和通信的指南和规范。我国的城市空气质量监测系统的发展与发达国家相比，虽晚犹快，目前已经具备国内自主研发能力，同时，国内许多企业已具备该系统的生产能力。在技术指标等方面，比如该系统的监测设备，无论从其性能方面，或者可靠性方面都已基本完全满足国内空气质量监测工作的需求。目前，国家已建立了由103 个城市组成的城市空气质量监测网[13]，并计划将于 2015年建成国家环境空气质量监测网络[14]。
1.3 无线网络技术现在，无线网络技术越来越成熟。它所具有的低成本、低功耗、便携性等特点，让无线网络技术得以快速发展。目前，无线网络技术纷繁众多。按通信距离划分，无线网络技术分3种：长距(>lkm)、中距(100m~1km) 和 短距离通信(<100m)。常用短程无线通信技术有蓝牙(Bluetooth)、IrDA（红外线点到点通信技术）、Wi-Fi（无线宽带技术）、以及 ZigBee 通信技术，表1-1 展示了各通信技术的概况。表 1-1 几种无线通信技术的比较(1) 蓝牙（Bluetooth）技术Bluetooth 采用 .15.1 802 IEEE 通信协议标准，最大通讯距离 10 m，最大数据传输速率达 bit/s 1M ， 适用少量数据量通讯，通常使用的电脑与无线鼠标间的无线数据传输是其典型应用[1]。相比 ZigBee 技术，蓝牙协议较复杂、硬件功耗大，因此应用范围受到一定的限制。(2) IrDA（Infrared Data Association，红外线数据通信）IrDA 运用红外光线来传输信息，它的执行和操作相对简单，成本较低，但红外光线容易被遮挡，这就要求通讯设备之间必须无障碍沟通,它只能定向传输，不能灵活的建立网络。(3) Wi-Fi（WIreless-FIdelity，无线网技术）Wi-Fi 使用 b .11 802 IEEE 标准进行无线网络连接，通信距离最大为 100 m，数据传输速率最大能够达到11 M bit/s。通常 PC、Mobile Phone、PAD 等电子用品可利用本身的 Wi-Fi 联网[2]。由于它有功耗大，成本高等劣势，因此在无线传感器网络中很少见。(4) ZigBee 无线通信技术ZigBee 技术是用 IEEE 802. 15. 4 标准。对比以上 3 种通信技术，它有功耗低、便携、价格低等优点，因此有无限广阔的应用前景。综合对比以上所述的无线通信技术，蓝牙虽然凭借其优点在近距离无线通信技术方面虽说算是很好的选择，但由于ZigBee 技术协议比它相对简易，资源消耗较低，并且 ZigBee 自身的网状结构的网络可靠性较高；ZigBee 技术凭借它低成本、大节点容量等特点，在自动化测控领域具有很高的实用价值。