基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的家具商場空氣質(zhì)量監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)

1、<p>　　“基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的家具商場空氣質(zhì)量監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)”采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將氣體檢測，節(jié)能降耗，安防等多個功能模塊進行組合，可以實現(xiàn)家具商場監(jiān)控部門對于商場內(nèi)部不同區(qū)域的實時，可靠，高效的監(jiān)控。整個系統(tǒng)終端節(jié)點通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)同主控制機進行通信，主控制機可以顯示實時的信息，并可接入互聯(lián)網(wǎng)。提高了整個家具商場的管理效率，降低了人員成本，使得家具商場的管理更加的智能化，高效化。</p>&

2、lt;p>　　"Based on the ZigBee wireless sensor network of furniture stores air quality monitoring and energy-saving control system" using wireless sensor network technology, gas detection, energy saving, securi

3、ty and other functional modules to be combined, you can control department of furniture store for shopping malls different areas within a real-time, reliable and efficient monitoring. Terminal node of the entire system t

4、hrough wireless sensor networks to communicate with the main control machine, th</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著人們生活水平的不斷提高，人們對生存環(huán)境，尤其對居住環(huán)境要求不斷提高，裝飾裝修材料的使用及家具的更新越來越普遍。全國各地的家具商場在數(shù)量上呈逐年

5、增多的趨勢，其規(guī)模也在不斷的擴大。</p><p>　　然而，由于國內(nèi)家具市場的不規(guī)范，造成很多的裝飾材料如石材、化學(xué)壁紙、地毯、地板磚以及家具油漆、膠、涂料等達不到質(zhì)量標準。這些低質(zhì)量的裝飾材料和家具造成了家具商場室內(nèi)空氣的嚴重污染。這些有害氣體造成的空氣污染，使得商家不僅沒有能夠在家具商場營造出一個良好的購物和工作環(huán)境，而且嚴重威脅商場工作人員和廣大消費者的身體健康。</p><p>

6、　　其次 ，我國經(jīng)濟快速增長，各項建設(shè)取得巨大成就，但也付出了巨大的資源和環(huán)境代價，經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境的矛盾日趨尖銳。只有堅持節(jié)約發(fā)展、清潔發(fā)展、安全發(fā)展，才能實現(xiàn)經(jīng)濟又好又快發(fā)展。進一步加強節(jié)能減排工作，也是應(yīng)對全球氣候變化的迫切需要，是我們應(yīng)該承擔的責任。在家具商場這類高耗能的場所，不僅使用著很多高耗能，低效率的用電器，而且還存在著很多能源浪費的現(xiàn)象。實現(xiàn)家具市場的節(jié)能控制，對于節(jié)約資源，保護環(huán)境，降低能耗有著積極的意義</p&g

7、t;<p>　　對于家具市場這類面積較大的場合的氣體監(jiān)測，采用手持式的檢測設(shè)備不能實現(xiàn)全天候的監(jiān)測，并且不能實現(xiàn)整個家具商場環(huán)境的綜合監(jiān)測與評估，隨著氣體污染的增多，需要監(jiān)測環(huán)境的范圍的擴大，單個監(jiān)測點已很難覆蓋這些監(jiān)測環(huán)境并且實時的監(jiān)測被測環(huán)境。因此，必須在不同的地點布置監(jiān)測點，組成一個有害氣體的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　同時，為了實現(xiàn)家具商場整體上的節(jié)能控制，實現(xiàn)整個家具商場能耗的降低，必

8、須通過相應(yīng)的無線傳感網(wǎng)絡(luò)采集相應(yīng)的環(huán)境信息，并通過位于終端的模塊實現(xiàn)對整個家具商場的電量檢測，開關(guān)的智能控制。通過小功率電源開關(guān)和電量檢測電源終端模塊來控制整個商場內(nèi)的照明，制冷和排風(fēng)扇系統(tǒng)，實現(xiàn)整個家具商場的節(jié)能控制。</p><p>　　傳統(tǒng)的傳感器網(wǎng)絡(luò)采用有線組網(wǎng)，通過有線制傳輸數(shù)據(jù)，將各個監(jiān)測點的數(shù)據(jù)傳送到中心控制平臺，實現(xiàn)在線監(jiān)測。但這類監(jiān)測方式對于監(jiān)測環(huán)境復(fù)雜、監(jiān)測點多、監(jiān)測點可能需要變動等場合，有線

9、監(jiān)測存在十分明顯的缺點：環(huán)境復(fù)雜、監(jiān)測點多，布線十分復(fù)雜，一些環(huán)境有線布線可能無法實現(xiàn)，大大增大了環(huán)境信息采集的難度，而且對于使用時間較長的線路，容易出現(xiàn)故障，這樣不僅僅在檢測故障方面十分繁瑣，而且更新線路所耗成本隨著更新次數(shù)的增加而逐漸上漲，由于環(huán)境改變，需要改變監(jiān)測點位置時，會大大增加成本。</p><p>　　本項目是采用 ZigBee 無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對家具商場空氣質(zhì)量監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)的實現(xiàn)。無線傳感器

10、網(wǎng)絡(luò)將傳感器技術(shù)、通訊技術(shù)和計算機技術(shù)結(jié)合在一起，具有信息采集、傳輸和處理的能力，基于無線通信技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)可應(yīng)用于布線困難的區(qū)域和一些臨時場合，它不需要任何固定網(wǎng)絡(luò)的支持，具有快速展開、抗毀性強等特點。在家具商場的整體環(huán)境下使用無線通信技術(shù)對傳感器終端進行組網(wǎng)，以實現(xiàn)整套系統(tǒng)對于氣體監(jiān)測，節(jié)能降耗，安保監(jiān)測具有十分重要的應(yīng)用價值。</p><p>　　“基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的家具商場空氣質(zhì)量監(jiān)測系

11、統(tǒng)”提供了一種可以不間斷的檢測家具商場有害氣體濃度的系統(tǒng)，并且可以及時的將這些有害氣體濃度的數(shù)據(jù)上報給環(huán)境保護部門，在不影響商場正常工作的情況下達到監(jiān)測空氣質(zhì)量的目的，為顧客與賣家營造一個安全無害的環(huán)境。</p><p>　　同時，ZigBee技術(shù)的低功耗，高效率，高可靠性，低成本的優(yōu)良特性也適合于在整套系統(tǒng)的節(jié)能控制上的應(yīng)用，ZigBee技術(shù)的本身的功耗就比較小，再通過我們選用低功耗的單片機即可滿足系統(tǒng)本身一定

12、的節(jié)能減排，綠色環(huán)保的初衷。</p><p>　　考慮到家具商場對于空間的需求，我們采用模塊設(shè)計，將系統(tǒng)的采集終端分為空氣質(zhì)量類檢測系統(tǒng)模塊，節(jié)能降耗電氣/設(shè)施類檢測控制系統(tǒng)模塊，安保監(jiān)測類控制系統(tǒng)模塊。通過ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)不同傳感器終端節(jié)點的信息發(fā)送至系統(tǒng)主機端的信息傳輸通道。同時系統(tǒng)計算機可以連接至互聯(lián)網(wǎng)以便于工商管理部門，公安消防部門，環(huán)境保護部門的實時監(jiān)測，并且實現(xiàn)相關(guān)監(jiān)管部門對于家具商場實時

13、信息的掌控與警報。</p><p>　　由于系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，體積小，對于環(huán)境空間的影響基本可以忽略，整套系統(tǒng)的傳感器終端可以按照設(shè)計方案布置在相應(yīng)指定的位置，不會影響到整個家居商場的購物環(huán)境以及美觀的購物門面。而且從ZigBee傳感網(wǎng)絡(luò)適用范圍來看（應(yīng)用設(shè)備成本低、傳輸數(shù)據(jù)量小，設(shè)備體積小，不便放置較大的充電電池或者電源模塊，沒有充足的電源支持，只能使用一次性電池，需要較大范圍的通信覆蓋，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備非常多，

14、但僅僅用于監(jiān)測或控制。）也非常適合于家具商場這類對于空間，能耗，效率較高的應(yīng)用場合。因此，在整套系統(tǒng)中采用ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)進行組網(wǎng)，起到系統(tǒng)整體的信息的傳輸通道的作用。</p><p><b>　　系統(tǒng)方案 </b></p><p>　　“基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的家具商場空氣質(zhì)量監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)”采用ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將氣體檢測，節(jié)能降耗，

15、安防等多個模塊進行組合，可以實現(xiàn)家具商場監(jiān)控部門對于家具商場內(nèi)部各個主要參數(shù)和區(qū)域的實時，可靠，高效的監(jiān)控。</p><p>　　空氣質(zhì)量類檢測系統(tǒng)模塊可以實時采集家具商場內(nèi)部關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)的甲醛，苯，氨，二氧化氮等有氣體的濃度，可及時傳回給主控制端進行實時的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控，當氣體濃度值超過上限值時，主控制機會進行報警，及時通知商場內(nèi)的相關(guān)管理部門及時的采取措施，并且可通過排風(fēng)扇模塊實現(xiàn)對于特定區(qū)域內(nèi)的空氣進行更換，

16、提高區(qū)域的空氣質(zhì)量。</p><p>　　節(jié)能降耗系統(tǒng)子模塊通過采用合理有效高效的耗能監(jiān)測與管理模塊，有效的降低整個家具商場內(nèi)的能耗，提高了家具商場內(nèi)的資源利用率，通過人員流動檢測模塊，排風(fēng)扇自主式啟停模塊，高效率開關(guān)電源模塊，電量檢測控制模塊可以實現(xiàn)對整個家具商場內(nèi)部的燈光，空調(diào)等耗能較高的用電器進行智能化管理。</p><p>　　安防模塊可以實現(xiàn)對于家具商場內(nèi)部財產(chǎn)的有效監(jiān)控，可以對

17、非法入侵商場，進行財物的盜竊行為進行及時的預(yù)警與監(jiān)控，做到實時，高效，準確，穩(wěn)定。并且商場內(nèi)的監(jiān)控部門可以通過云臺的實時監(jiān)控相關(guān)區(qū)域，及時對相關(guān)警情進行處理?；馂?zāi)檢測模塊可以實時檢測家具商場內(nèi)部的火情，及時通知相關(guān)部門采取措施，降低火災(zāi)造成的經(jīng)濟損失。</p><p>　　整個系統(tǒng)通過無線網(wǎng)絡(luò)同系統(tǒng)主控制機進行通信，可以將采集到的數(shù)據(jù)及時存儲在主控制機內(nèi)的數(shù)據(jù)庫中，同時主控制機可以進行實時的預(yù)警，并通過網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)

18、的情況通知到工商，消防，公安等主要管理部門，提高了整個商場的管理效率，降低了人員成本，使得家具商場的管理更加的智能化，高效化。同時降低了家具商場內(nèi)的能耗，改善了家具商場內(nèi)部的環(huán)境，使家具商場更加的綠色，環(huán)保，也符合當今時代的主題。</p><p>　　系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，采用模塊化設(shè)計，可以增強模塊的可維護性，提高系統(tǒng)的可靠性。模塊化設(shè)計也為整套系統(tǒng)的擴充，以及系統(tǒng)的升級提供了一個很好的應(yīng)用平臺。</p&g

19、t;<p><b>　　系統(tǒng)硬件設(shè)計</b></p><p>　　從整套系統(tǒng)的實際應(yīng)用需求來看，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的協(xié)調(diào)器，路由器以及所有的傳感控制節(jié)點采用模塊化設(shè)計，各個設(shè)備的主控制芯片采用MSP430F2618單片機，而射頻芯片選用TI公司的CC2520芯片，由此兩大部分構(gòu)成整套無線傳感網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)之上增加相應(yīng)的功能電路實現(xiàn)不同的功能。</p><

20、;p>　　MSP430單片機從成本和簡易性考慮，終端模塊使用單鋰電供電，正常工作電壓3.7~4.2V，同時鋰電池配置相應(yīng)的充電電路以及欠壓和保護指示電路，提高電池的使用壽命和使用效率。同時，選用穩(wěn)定，可靠，低紋波的穩(wěn)壓芯片和升壓芯片提供系統(tǒng)正常工作所需的3.3V和5V電壓。外部的直流電源可以選用5v 電源適配器，電流1A 即可，為鋰電池進行充電。</p><p>　　考慮到協(xié)議棧的要求所需的Flash大小在

21、70KB左右，RAM大小在6KB左右，MSP430單片機型號選擇MSP430F2618 ，并選用TI公司的CC2520作為射頻單元芯片。</p><p>　　圖：系統(tǒng)采用MSP430F2618單片機以及CC2520射頻芯片作為其節(jié)點結(jié)構(gòu)基本組成。</p><p>　　整套系統(tǒng)的終端傳感控制模塊節(jié)點可以分成三塊，分述如下：</p><p>　　3.1家具商場空氣質(zhì)量檢

22、測系統(tǒng)模塊</p><p>　　空氣質(zhì)量檢測模塊主要由能實現(xiàn)對甲醛、苯、CO等氣體檢測的監(jiān)測節(jié)點和能接收各監(jiān)測點數(shù)據(jù)、發(fā)送監(jiān)控命令的監(jiān)測點路由模塊組成。監(jiān)測節(jié)點是系統(tǒng)的重要組成部分，它包括氣體傳感器模塊、傳感器工作電路、信號處理電路和無線模塊。</p><p>　　圖：氣體采集傳感器節(jié)點的解決方案</p><p>　　氣體傳感器單元主要通過傳感器對空間內(nèi)所測氣體濃度

23、進行采集;信號調(diào)理單元控制整個節(jié)點采集數(shù)據(jù)的處理操作;數(shù)據(jù)傳輸單元完成與協(xié)調(diào)器節(jié)點的交互工作;電源供電單元負責對終端節(jié)點供電。無線傳感器終端節(jié)點是以無線模塊為核心,配以相應(yīng)的外圍電路作為單節(jié)點終端。氣體傳感器對被測氣體進行數(shù)據(jù)采集,將氣體濃度的物理量轉(zhuǎn)化為電信號,通過數(shù)據(jù)調(diào)理單元電路將采集來的信號進行調(diào)理,送至A/D輸入引腳進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換。單片機接收數(shù)據(jù)后送無線通信模塊對數(shù)據(jù)打包發(fā)送至主控制機。</p><p>

24、　　通過帶ZigBee無線路由的模塊提供的路由信息，相應(yīng)的氣體采集終端檢測模塊將相應(yīng)的信息傳送到系統(tǒng)計算機，系統(tǒng)計算機可對傳送過來的數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的處理與分析，并顯示在主機界面上，系統(tǒng)計算機通過互聯(lián)網(wǎng)可以將相應(yīng)的信息傳送到相應(yīng)的主管部門。</p><p>　　3.2節(jié)能降耗電氣/設(shè)施系統(tǒng)模塊</p><p>　?、僦行」β孰娫撮_關(guān)控制終端模塊</p><p>　　圖：

25、可調(diào)開關(guān)穩(wěn)壓電源框</p><p>　　本模塊以家具商場內(nèi)的單相電的供電開/關(guān)為控制對象，.選用MSP430單片機作為核心處理器，用直流驅(qū)動的中功率繼電器為觸點器件，采用儀表自取電供電模式和可充電電池（備份電源）供電等技術(shù)實現(xiàn)對電源進行開關(guān)控制。</p><p>　　開關(guān)電源主要的控制方式是采用脈寬調(diào)制集成電路輸出PWM 脈沖，采用模擬PID調(diào)節(jié)器進行脈寬調(diào)制，這種控制方式，存在一定的誤差

26、，而且電路比較復(fù)雜。采用超低功耗MSP430單片機作為為控制核心的輸出電壓大范圍連續(xù)可調(diào)的功率開關(guān)電源，由單片機直接產(chǎn)生PWM 波，對開關(guān)電源的主電路執(zhí)行數(shù)字控制，電路簡單，功能強大。</p><p>　　本功率直流電源系統(tǒng)由開關(guān)電源的主電路和控制電路兩部分組成，主電路主要處理電能，控制電路主要處理電信號，采用負反饋構(gòu)成一個自動控制系統(tǒng)。開關(guān)電源采用PWM 控制方式，通過給定量和反饋量的比較得到偏差，并通過數(shù)字P

27、ID 調(diào)節(jié)器控制PWM 輸出，從而控制開關(guān)電源的輸出。其中，PID調(diào)節(jié)和PWM 輸出都由單片機系統(tǒng)采用軟件控制。</p><p>　　系統(tǒng)通過PWM 輸出控制功率轉(zhuǎn)換開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)斷時間，完成對輸出電壓的穩(wěn)定控制，通過A/ D 轉(zhuǎn)換完成對開關(guān)電源輸出電壓的采樣，同時采用電壓閉環(huán)控制，開關(guān)電源工作時，根據(jù)期望值與電壓反饋值的偏差，由單片機實現(xiàn)對PWM 占空比進行PID 調(diào)節(jié)。</p><p>

28、;　?、陔娏繖z測電源插座終端模塊</p><p><b>　　圖：電量檢測框圖</b></p><p>　　系統(tǒng)中各個電器分別將各自的電源連接到智能插座上以獲得供電．智能插座上電后即可自主形成小區(qū)域內(nèi)基于ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)；同樣地，任何智能插座斷電后，它也會自動退出該網(wǎng)絡(luò)．同時智能插座通過電能傳感器實時感知對應(yīng)電器消耗的電能，并將該信息發(fā)送至網(wǎng)關(guān)，再由網(wǎng)關(guān)通過In

29、ternet上傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器．用戶無論在何時何地都能使用電腦或手機等遠程終端，通過Internet，在身份驗證后，獲取其所關(guān)心區(qū)域各種電器的實時以及歷史耗電情況．此外，用戶也可以通過這些遠程終端，命令智能插座進行通斷操作，或設(shè)定智能插座的開關(guān)閾值．理論上，只要服務(wù)器的功能足夠強大，該系統(tǒng)可以同時對數(shù)萬甚至更多的區(qū)域進行電器的電能監(jiān)控和實時反饋．</p><p>　　其中電源模塊主要負責將交流市電轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的直流電

30、壓為其余4個模塊供電；電能傳感模塊感知實時耗電量，并將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號傳送給處理器識別；電器通斷模塊在處理器的控制下，完成對目標電器供電的通斷功能；處理器可以通過存儲模塊讀寫總耗電量、電器標識、開關(guān)閾值等信息；處理器及無線通信模塊作為整個系統(tǒng)的核心，負責協(xié)調(diào)各模塊間正常運作，并完成無線通信和無線組網(wǎng)功能．</p><p>　?、叟棚L(fēng)扇電機啟停控制終端模塊</p><p>　　當空氣質(zhì)量

31、檢測模塊檢測到的有害氣體達到上限濃度時，系統(tǒng)計算機會按照獲取的相應(yīng)的信息，依據(jù)設(shè)定好的相應(yīng)的算法向排風(fēng)扇終端模塊發(fā)送控制信息，控制排風(fēng)扇的啟停，并通過一定的方式控制排風(fēng)扇的轉(zhuǎn)速，在保證環(huán)境安全，氣體質(zhì)量達標的基礎(chǔ)與前提下實現(xiàn)排風(fēng)扇的智能控制，從而實現(xiàn)節(jié)能降耗的目的。</p><p>　　該模塊的實現(xiàn)方法是由低功耗單片機依據(jù)系統(tǒng)計算機發(fā)送的控制信息控制排風(fēng)扇啟停，同時可以采用PWM脈寬調(diào)制的方法控制電機的轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)

32、排風(fēng)扇的智能化運轉(zhuǎn)，有效的降低系統(tǒng)的功耗。</p><p><b>　?、苋藛T流動檢測模塊</b></p><p>　　通過光線采集、紅外傳感器采集來確定人員分布及流動情況繼而通過ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)傳輸給控制器，從而自動控制相應(yīng)的用電設(shè)備，達到降低能耗的目的。</p><p>　　利用紅外采集單元、光電信號采 集單元對燈光控制和現(xiàn)場人員分布的

33、 監(jiān)視。然后根據(jù)不同情況得到不 圖：人員流動檢測模塊框圖 同的數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)模塊傳輸給控制 </p><p>　　單元，控制單元發(fā)送命令給開關(guān)控制電路從而達到對不同情況下不同的開關(guān)控制組合。</p><p>　　3.3安保監(jiān)測終端模塊：</p><p>　　非法闖入監(jiān)測終端模塊</p><

34、;p>　　圖：非法闖入檢測框圖</p><p>　　本終端節(jié)點為監(jiān)測對象，選用MSP430F2618處理器作為核心處理器，選用紅外、熱釋電等種類傳感器，采用外部穩(wěn)壓電源供電和可充電電池（備份電源）供電。該系統(tǒng)由傳感器，ZigBee射頻模塊，MSP430單片機，PC和報警系統(tǒng)組成，傳感器檢測到非法入侵信號通過采集模塊送入單片機，單片機輸出控制信號驅(qū)動聲音發(fā)出報警，并傳輸給pc顯示報警位置。</p>

35、<p>　　商場大門、店面門窗開/關(guān)檢測終端模塊</p><p>　　商場大門、店面門窗開/關(guān)檢測模塊主要用于對商場大門和店面門窗的開關(guān)狀態(tài)進行檢測，從而有效準確的確定商場大門和店面門的開關(guān)狀態(tài)，同時時刻監(jiān)控人為破壞的特殊情況。從而保障家具商場內(nèi)財產(chǎn)的安全。采用門磁開關(guān)作為門窗狀態(tài)的檢測傳感器，通過MSP430F2618單片機的處理相應(yīng)的信號并發(fā)送到主控制機，實現(xiàn)主控機端對于相應(yīng)重點位置的信息獲取。

36、</p><p>　?、蹮熿F火災(zāi)檢測終端模塊</p><p>　　圖：煙霧火災(zāi)檢測終端框圖</p><p>　　“煙霧火災(zāi)檢測終端模塊”利用煙霧以及溫度傳感器實時監(jiān)測周圍環(huán)境的參數(shù)數(shù)據(jù)，當超過相應(yīng)的閾值時，終端節(jié)點能夠及時向主控機發(fā)送相應(yīng)的報警信息，以便于家居商場內(nèi)的監(jiān)控人員及時掌握可靠的信息， 做好相應(yīng)的火災(zāi)預(yù)警與火災(zāi)情況的掌控。并且主控制機可以將相應(yīng)的火災(zāi)信息通

37、過Internet傳送至消防部門，以便于及時了解火情，降低家具商場的經(jīng)濟與財產(chǎn)的損失，保障顧客的安全。</p><p><b>　　系統(tǒng)軟件設(shè)計</b></p><p>　　終端控制傳感節(jié)點以及網(wǎng)絡(luò)路由器，協(xié)調(diào)器的程序以及通信協(xié)議設(shè)計</p><p>　　ZigBee技術(shù)具有強大的組網(wǎng)能力，可以形成星型、樹型和MESH網(wǎng)狀網(wǎng)，可以根據(jù)實際項目需

38、要來選擇合適的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在本項目中我們采用星型網(wǎng)來構(gòu)造這個無線傳感網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　在“基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的家具商場空氣質(zhì)量監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)”中， ZigBee 協(xié)調(diào)器是全功能設(shè)備，由它主導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)的建立，完成網(wǎng)絡(luò)的初始化、相關(guān)數(shù)據(jù)的查詢、匯聚數(shù)據(jù)到 PC 監(jiān)控軟件、實現(xiàn)布防和撤防等功能，并作為整個無線網(wǎng)絡(luò)的PAN節(jié)點（Personal Area Network）。傳感器節(jié)點則根據(jù)實際需要可以是

39、全功能設(shè)備也可以是精簡功能設(shè)備，完成傳感器數(shù)據(jù)采集，響應(yīng)協(xié)調(diào)器的相關(guān)查詢等功能。因此，選擇了較為簡單的星型網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)終端模塊與系統(tǒng)計算機之間的信息傳遞。</p><p>　　網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器包括所有的網(wǎng)絡(luò)消息，是整個系統(tǒng)中最復(fù)雜的一個環(huán)節(jié)，也是整個系統(tǒng)的中心節(jié)點，存儲容量最大、計算機能力強。發(fā)送網(wǎng)絡(luò)信標、建立一個網(wǎng)絡(luò)、管理網(wǎng)絡(luò)節(jié)點、存儲網(wǎng)絡(luò)節(jié)點信息、尋找一對節(jié)點間的路由消息、不斷地接收信息。在本系統(tǒng)中ZigBe

40、e網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器通過有限傳輸網(wǎng)絡(luò)連接至系統(tǒng)計算機，實現(xiàn)系統(tǒng)計算機對于整個網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控，起到紐帶的作用。</p><p>　　在“基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的家具商場空氣質(zhì)量監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)”系統(tǒng)中ZigBee 路由器（router）作為路由節(jié)點，他的作用是提供路由信息，并且起到路徑規(guī)劃的功能。各個傳感器終端節(jié)點及相應(yīng)的控制模塊節(jié)點（rfd為終端節(jié)點），它沒有路由功能，完成的是整個網(wǎng)絡(luò)的終端任務(wù)。終端控制模塊發(fā)送信息

41、時，由相應(yīng)模塊的網(wǎng)絡(luò)路由器提供相應(yīng)的路由信息，最終將相應(yīng)的終端信息傳送到整個網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點—協(xié)調(diào)器上，后通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與系統(tǒng)計算機之間的通信，將相關(guān)的信息在整個無線傳感網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)計算機之間進行相應(yīng)的傳遞 。</p><p>　　環(huán)境參數(shù)監(jiān)測模塊（帶ZigBee路由），節(jié)能降耗系統(tǒng)模塊（帶ZigBee路由），攝像頭云臺控制器功能模塊（帶ZigBee路由）等帶路由器的模塊為下面的各個傳感節(jié)點子系 </p&g

42、t;<p><b>　　圖：網(wǎng)絡(luò)建立過程</b></p><p>　　統(tǒng)提供路由信息和路徑規(guī)劃，將各個子模塊系統(tǒng)下的各個傳感節(jié)點的進行無線組網(wǎng)，過相應(yīng)子系統(tǒng)路由模塊提供的路由信息，采集的節(jié)點可以將采集到的數(shù)據(jù)通過協(xié)調(diào)器傳回到主控制機，而主控制機提供的相關(guān)的控制信息可以通過路由器提供的信息傳回給相應(yīng)的子系統(tǒng)下的小模塊，同時協(xié)調(diào)器負責整個“基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的家具商場空氣

43、質(zhì)量監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)”的網(wǎng)絡(luò)信息以及整個網(wǎng)絡(luò)的初始化，完成整個網(wǎng)絡(luò)的建立。同時，系統(tǒng)的協(xié)調(diào)器可以同主控機間進行通信，達到主控制機對于整個無線傳感網(wǎng)絡(luò)的控制以及相應(yīng)信息的傳遞，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的整體功能。</p><p>　　整個系統(tǒng)采用星型網(wǎng)，是一個單跳系統(tǒng)，終端傳感控制節(jié)點通過協(xié)調(diào)器與主控制機之間進行信息的交換。無線傳感網(wǎng)絡(luò)中路由采用Ad Hoc協(xié)議，TI公司的Z-Stack基于一個輪轉(zhuǎn)查詢時操作系統(tǒng)，因此通過配

44、置Z-Stack里面的參數(shù)調(diào)用相關(guān)的函數(shù)，增添功能需要的應(yīng)用程序即可實現(xiàn)相關(guān)的軟件設(shè)計工作。</p><p>　　圖：Z-Stack流程圖</p><p>　　整個Z-stack的主要工作流程，大致分為系統(tǒng)啟動，驅(qū)動初始化，OSAL初始化和啟動，進入任務(wù)輪循幾個階段。協(xié)議棧已經(jīng)放在了庫文件當中，是通用文件main函數(shù)存在于Zmain函數(shù)當中，先是從main函數(shù)開始運行的，main函數(shù)實現(xiàn)的

45、功能是，初始化硬件、初始化網(wǎng)絡(luò)（加入 /創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)）、初始化任務(wù)列表、進入任務(wù)處理循環(huán)。順利完成上述初始化后，開中斷執(zhí)行osal_start_system( )函數(shù)開始運行OSAL系統(tǒng)該任務(wù)調(diào)度函數(shù)按照優(yōu)先級檢測各個任務(wù)是否就緒，如果存在就緒的任務(wù)則調(diào)用中相對應(yīng)的任務(wù)處理函數(shù)去處理該事件，直到執(zhí)行完所有就緒的任務(wù)</p><p>　　Z-stack的任何一個子系統(tǒng)都作為OSAL的一個任務(wù)，在開發(fā)應(yīng)用層的時候，通過

46、創(chuàng)建OSAL任務(wù)來運行應(yīng)用程序。在OSAL層，通過初始化應(yīng)用服務(wù)變量，分配任務(wù)ID和分配堆棧內(nèi)存 ，在AF層注冊應(yīng)用對象 ，注冊相應(yīng)的OSAL或者HAL系統(tǒng)服務(wù)完成任務(wù)的初始化。</p><p>　　圖：OSAL程序流程圖</p><p>　?、谙到y(tǒng)主控制機軟件部分設(shè)計規(guī)劃</p><p>　　計算機軟件的設(shè)計主要采用Borland C++ Builder的應(yīng)用程序

47、開發(fā)軟件。計算機軟件部分的功能主要有以下幾點：</p><p>　　將ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接嬎銠C的模塊信息存入到數(shù)據(jù)庫中，以便對商場中的各種控制、監(jiān)測信息存儲、處理和傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)用戶。通過計算機軟件，用戶可以直觀的觀測系統(tǒng)中各類信息數(shù)據(jù)，具體有以下幾點:</p><p>　　1>.氣體檢測方面：直觀的看到家具商場中部署傳感器密集區(qū)域的，和氣體（苯、甲醛、二氧化氮、一氧化碳等等）

48、濃度相關(guān)的具體數(shù)據(jù)，并在某一氣體濃度相關(guān)參數(shù)超標時，軟件告警，顯示商場內(nèi)部具體區(qū)域存在安全隱患。PC機能夠準確接收傳感器模塊發(fā)送的氣體檢測數(shù)據(jù)，并能夠自動檢測數(shù)據(jù)的合理性，可儲存于PC機的數(shù)據(jù)庫中。PC主機可有效的對子系統(tǒng)進行控制，實時監(jiān)測子系統(tǒng)的工作狀況，可以對超限情況進行及時的報警，并控制相應(yīng)的換氣扇對不達標的室內(nèi)環(huán)境進行簡單的換氣方式凈化。</p><p>　　2>.節(jié)能降耗方面：從軟件可以直觀的看到

49、電源插座的耗電量以及相應(yīng)參數(shù)，同時可以檢測各個中小功率電源開關(guān)的工作狀態(tài)，并通過軟件達到控制電源工作狀態(tài)的目的，將計算機發(fā)出的命令由無線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)降讓幽K，并有底層模塊實現(xiàn)對終端的控制。</p><p>　　3>.家具商場安防：首先軟件實現(xiàn)實時視頻監(jiān)控的功能，工作人員可以非常直觀的看到有保安攝像頭的地方的具體狀況，并通過軟件的控制云臺系統(tǒng)，工作人員輸入?yún)?shù)到軟件，控制云臺攝像頭的轉(zhuǎn)向以及相應(yīng)角度等參數(shù)，實現(xiàn)

50、區(qū)域各個方位的監(jiān)控功能;其次，通過軟件直觀反映出商場內(nèi)部各個店面門、開關(guān)和商場大門、開關(guān)的相應(yīng)的參數(shù)，及時了解有那幾個店面的門沒鎖好，開關(guān)沒關(guān)等；最后，通過軟件及視屏系統(tǒng)，達到能夠準確的監(jiān)測商場的火災(zāi)隱患，當某個地方由于著火兒產(chǎn)生煙霧是，軟件及時告警，并可由攝像頭觀測到危險區(qū)域的著火狀況。</p><p>　　整套系統(tǒng)將主控制機作為WEB服務(wù)器，采用B/S結(jié)構(gòu)實現(xiàn)監(jiān)管部門對于家具商場的監(jiān)測與管理，即監(jiān)管部門只需通

51、過連接互聯(lián)網(wǎng)并訪問主控制機WEB服務(wù)器的網(wǎng)址即可對相關(guān)的數(shù)據(jù)進行收集，并通過WEB網(wǎng)址實現(xiàn)一定的控制功能?？蛻舳顺薟WW瀏覽器，一般無須任何用戶程序，只需從Web服務(wù)器上下載程序到本地來執(zhí)行，在下載過程中若遇到與數(shù)據(jù)庫有關(guān)的指令，由Web服務(wù)器交給數(shù)據(jù)庫服務(wù)器來解釋執(zhí)行，并返回給Web服務(wù)器，Web服務(wù)器又返回給用戶。在B／S模式中，客戶端運行瀏覽器軟件。瀏覽器以超文本形式向Web服務(wù)器提出訪問數(shù)據(jù)庫的要求，Web服務(wù)器接受客戶端請求

52、后，將這個請求轉(zhuǎn)化為SQL語法，并交給數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器得到請求后，驗證其合法性，并進行數(shù)據(jù)處理，然后將處理后的結(jié)果返回給Web服務(wù)器，Web服務(wù)器再一次將得到的所有結(jié)果進行轉(zhuǎn)化，變成HTML文檔形式，轉(zhuǎn)發(fā)給客戶端瀏覽器以友好的Web頁面形式顯示出來。</p><p><b>　　系統(tǒng)創(chuàng)新</b></p><p>　　1.嶄新的實現(xiàn)技術(shù)：采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)作為整

53、套系統(tǒng)的信息傳輸通道，通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)整個區(qū)域的無線覆蓋，以及實現(xiàn)主控制機的實時監(jiān)控操作的功能；</p><p>　　2.全新的應(yīng)用領(lǐng)域：采用無線傳感網(wǎng)絡(luò)實時定點監(jiān)測家具商場內(nèi)的空氣質(zhì)量及實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保工程；</p><p>　　3.實用的應(yīng)用目標：項目解決了一定的民生問題，充分體現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保綠色的時代主題。</p><p><b>　　評測與結(jié)論<

54、;/b></p><p>　　空氣質(zhì)量類系統(tǒng)模塊傳感器終端能夠準確獲取不同氣體的物理參數(shù)，如濃度。獲取的數(shù)據(jù)能夠達到要求的精度。當室內(nèi)氣體濃度物理參數(shù)超過警戒值時，發(fā)出報警的功能。通過與節(jié)能降耗有關(guān)的控制終端可以實現(xiàn)對于電源開關(guān)的智能化，高效低耗能的控制，實現(xiàn)對于電量的檢測與處理，實現(xiàn)智能化，高效率的控制排風(fēng)扇，電燈等設(shè)備，達到節(jié)能減排的目的。安保檢測模塊實現(xiàn)對于商場內(nèi)的非法闖入，店面商場門面的安全防護，以

55、及火災(zāi)的及時預(yù)警。</p><p>　　每個傳感控制的終端具有低功耗，低成本，高可靠性的基本性能。通過整套無線傳感網(wǎng)絡(luò)的建立與信息的傳輸最終實現(xiàn)整套系統(tǒng)的整體功能。實時值守的系統(tǒng)計算機通過協(xié)調(diào)器與整個無線傳感控制網(wǎng)絡(luò)進行信息的傳遞，并且主控制機提供互聯(lián)網(wǎng)接口，可接入互聯(lián)網(wǎng)，同時具備實時數(shù)據(jù)的監(jiān)視功能。對接收或發(fā)送的數(shù)據(jù)及全系統(tǒng)進行實時監(jiān)視。整體無線網(wǎng)絡(luò)可以高效組網(wǎng)，有效，快速的傳輸數(shù)據(jù)，保證信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性與實時

56、性。</p><p>　?、偻瓿伞盎赯igBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的家具商場空氣質(zhì)量監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)”一套</p><p>　?、凇盎赯igBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的家具商場空氣質(zhì)量監(jiān)測與節(jié)能控制系統(tǒng)”工作演示</p><p>　　相關(guān)研究技術(shù)報告一份</p><p><b>　　附錄</b></p><p

57、>　　氣體檢測節(jié)點 火災(zāi)預(yù)警節(jié)點 </p><p>　　非法闖入節(jié)點 網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器</p><p>　　人員流