基于ZigBee协议栈的PM2.5/核辐射环境监测系统设计与实现

摘要

随着我国工业化、城市化和核技术的规模化发展，大气雾霾和核污染的危害也随之增加，目前空气污染和核污染已成为当前城市面临的一个相当严峻的环境问题，引起人们普遍关注。为了减轻灰霾与核事故对社会稳定和公共生命财产安全的危害，监测区域的环境质量状况成了当务之急。　　本课题设计出一种新型的基于ZigBee技术的PM2.5/核辐射环境监测与远程报警系统，不仅能实时测量PM2.5浓度、γ辐射剂量率和各种环境参数，还结合了GPS地理位置定位、时间信息、无线数据传输和GSM短信报警功能，采集的数据不仅能在OLED屏显示，还能在上位机软件界面上实时地观测，能够实时和快速定位监测区域的环境健康状况。当环境中的 PM2.5浓度和γ剂量率超限时，驱动协调器上的蜂鸣器和 LED进行现场声光报警，同时触发 GSM报警模块将污染级别短信发送到用户手机，提醒工作人员及时制定应急处理方案，让人们生活更有保障，使得测量更具实际应用意义。　　论文完成的工作内容：　　（1）节点硬件设计：选择TI公司的低功耗CC2530芯片作为无线射频模块的核心，重点设计CC2530+RFX2401无线射频模块，并完成外围电路设计。　　（2）系统软件设计：在 Zstack协议栈中的 OSAL架构基础上完成组网和CC2530的相关配置工作，利用轮询查询方法重点完成对三种传输设备的数据打包发送和数据包接收解析设计，设计一套基于 ZigBee协议的数据包通讯格式，以完成不同传感器数据与GPS定位信息的有序采集和处理。　　（3）利用搭建好的实验平台对节点组网、通信性能和定位功能进行测试，模拟放射性环境和粉尘环境，完成GSM短信报警测试，通过上位机软件界面实时观察采集的环境数据。　　实验结果证明课题具有如下研究特色：结合采用ZigBee无线技术、GPS定位技术、传感采集技术和GSM短信技术完成某个区域的PM2.5/核辐射环境监测与报警系统，获取的传感器数据达到预期目标，具有可行性和可靠性。通信模块价格低廉、携带方便、操作简单，能实现多目标监测，解决了传统有线监测设备在盲区布线的不便、无法远程定位、监测范围有限和人力投入大等问题。CC2530+ RFX2401射频设计扩大整个监测区域面积，结合GSM远程报警功能，为室外PM2.5/核辐射环境的实时监测提供很高的实用性价值。

目录

声明

1绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外研究现状

1.3研究课题来源

1.4本文研究主要内容和结构

2系统需求分析

2.1关键技术的需求分析

2.2 Zigbee协议

2.3系统的可行性需求分析

2.4本章小结

3系统硬件设计

3.1传感器节点的硬件设计

3.2节点外围电路设计

3.3传感器检测模块选型

3.4 GPS定位模块

3.5报警检测模块

3.6本章小结

4系统软件设计

4.1软件开发平台

4.2 ZigBee无线传感器网络的组网设计

4.3协调器功能的设计

4.4路由器和传感器节点的软件设计

4.5数据采集与处理程序设计

4.6 GSM短信模块程序设计

4.7本章小结

5性能测试与数据分析

5.1节点性能测试

5.2系统整体测试结果

5.3距离和丢包率测试分析

5.4数据分析

5.5本章小结

6总结与展望

致谢

参考文献