ZigBee技术在大气环境监测系统中的应用

摘要

随着人类社会的不断发展,各类工业污染事件不断发生,直接或间接地影响了人类的生存。其中,以空气质量监测为例,空气质量监测的主要监测数据有温度、湿度、硫化物、氮化物、PM10、PM2.5等。大气环境监测是环境保护的基础,其目的是为环境保护提供科学的决策依据。目前所采用的定点巡检和中央站嵌入数据采集系统存在着数据采集精度低、实时性较差等问题,不能满足环境应急监测或快速监测需要。短距离无线通信网络ZigBee凭借着建设投资低、易于维护、组网容量大、数据精度高、稳定性好等特点,成为了大气环境监测应用中一个重要的研究课题。
　　本文首先研究了ZigBee技术的技术特点、Z-Stack协议栈、网络拓扑结构以及路由算法。在ZigBee节点的硬件设计环节,本文采用了TI公司的ZigBee无线通信芯片CC2530,完成了节点的数据处理、数据通信、数据采集模块的设计,并在硬件设计部分对能源管理做了改进。
　　对网络拓扑结构和路由算法进行讨论,利用NS2等相关工具进行模拟仿真,从中挑选出最优的拓扑结构,对ZigBee路由算法的进行了改进,并给出了在NS2模拟仿真环境下的相关实验数据。
　　本文建立了一个基于ZigBee技术的大气环境监测系统,并进行小规模部署试验。软件模拟仿真主要针对节点数量较多的情况,仿真的目的是测试系统数据传输的稳定性。同时,软件模拟仿真还能够进行路由算法仿真,网络拓扑结构仿真等,是进行系统测试的重要手段。
　　通过实验数据对比得出不同覆盖范围下ZigBee拓扑结构的选择标准和更适合应用在大气环境监测系统中的ZigBee路由算法。同时,针对大气环境监测中有特殊要求的节点定位和死亡节点检查进行了讨论分析。

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1绪论

1.1课题背景和研究意义

1.2国内外研究现状

1.3论文的内容及结构安排

2无线传感器网络及Zigbee技术

2.1无线传感器网络

2.2ZigBee技术

2.3小结

3系统体系结构与传感器节点设计

3.1系统的总体设计

3.2传感器节点的设计

3.3小结

4拓扑结构和路由算法

4.1网络拓扑结构

4.2路由算法

4.3小结

5系统应用与性能分析

5.1系统性能分析

5.2系统应用测试

5.3结果与讨论

5.4小结

6结论与展望

6.1设计总结

6.2系统存在的问题及改进方法

6.3工作展望

参考文献

致谢

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