ZigBee+LabVIEW图书馆环境监控系统设计+电路图(3)
图书馆环境监控系统通过温湿度传感器、光照强度传感器、烟雾传感器检测出图书馆内部环境的温湿度状况、光照强度的状况、烟雾浓度状况，通过MCU分析处理后可上位机输入各环境因子控制范围[3]。传感器节点负责环境因子参数的数据采集并通过无线传输到汇聚节点，汇聚节点再将接收道德的数据无线传输到网关节点[4]。本课题通过继电器驱动控制风扇、空调、加湿器、自动窗帘等电器设备的开启与关闭；在系统监测到烟雾浓度参数异常的时候发出声光警报。图书馆监控系统网络结构架构图如图2-1所示。
图2-1 系统网络结构架构图
2.1.2 网络拓扑结构
ZigBee网络由传感器节点、汇聚节点、网关节点组成,通过无线通信的方式支持星状网络、树状网络和网状结构这三种网络拓扑结构[5]。
（1）星状网络
星状网络拓扑结构较为简单，由多个终端节点和协调器组成。无线网络中的所有设备都仅能与协调器进行通信,由于无线网络中不存在路由器,所以传感器节点之间不能直接进行通信。通常情况下办公室自动化等小范围室内应用会采用星状网络拓扑结构。
（2） 树形网络
树型网络一般是由一到多个路由器节点、一到多个终端节点和一个协调器节点组成，终端节点和路由器节点均可以挂在协调器节点之下，两个终端节点需要通过上一层的路由器间接通信[6]。在树型拓扑网络当中，路由器一般起到中继设备的作用，终端节点一般分布在网络的边缘部分。树形网络中任意一个路由器发生故障可能会导致无线网络的通信失败。
（3）网状网络
网状网络是由若干个连接在一起FFD组成的,其中任何一个FFD节点，只要其发起建立了网络，都可以作为该网络的协调器[7]。在网状网络中，FFD之间完全平等,并都可以作为路由器来实现网络报文的路由转发功能。无线网络覆盖范围内的任意两个节点，都具有相互通信的能力，所以网络数据传输路径具有不确定性，所以传输路径有多条。在传输过程中，系统会根据路由器节点信息来选择最佳的路径传输，当该路径出现中路径终端的情况才会选择其他路径。网状网络具有高可靠性的特点,其缺点在于其过于复杂，需要文护的信息量较大。
无线网络结构复杂，因通信节点众多，易发生信道冲突。而考虑到星状网络具有节点简洁、简单易行和低功耗的特点，能够获得较高的性价比。因此，本课题选用ZigBee星状网络拓扑结构,组建图书馆内部无线传感器网络。
2.1.3 ZigBee芯片
ZigBee芯片在数据采集、网络建立与文护、无线数据传输的整个过程中都起着十分重要的作用,因此ZigBee芯片性能决定着ZigBee网络稳定性。调研发现目前国内较为成熟的此类芯片是TI公司生产的CC2530芯片，现今已被广泛应用于自动控制、远程控制及智能控制等多个领域。该芯片内置增强型8051单片机，具有较高的集成度和稳定性。同时配置了性能优良的射频收发器，能够以较低成本建立起无线网络。综上所述,本课题采用CC2530作为ZigBee通信模块芯片[8]。
2.2传感器节点设计方案论证
传感器节点在监控系统中主要负责的数据采集、处理和发送。结合传感器节点的特点以及功能要求,本课题在传感器节点设计中应考虑低功耗、微型化和低成本等方面。传感器节点以CC2530芯片为核心，是无线网络中最基本最底层的设备，起着至关重要的作用[9]。传感器节点的功能模块分为电源管理模块、传感器模块和声光报警模块