基于无线传感器网络的环境监测系统硬件设计
基于无线传感器网络实现了环境监测系统的硬件设计，系统主要包括数据采集模块、数据接收模块、WIFI模块和电源模块。采用CC2530作为传感器节点，分别采集周围环境的温湿度和光照强度，无线发送至协调器节点，并通过WIFI模块将数据无线传输至手机APP，在手机APP端可实现环境参数的实时监测及异常报警。分别完成了各功能模块的电路设计，最后联合软件测试实现了系统功能。关键词 无线传感器网络，ZIGBEE，CC2530，WIFI
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 3
1.3 论文的主要内容及结构安排 4
2 整体电路设计 4
3 硬件电路设计 5
3.1 ZIGBEE网络拓扑结构 5
3.2 系统硬件设计 8
3.3 系统原理图 9
3.4 传感器模块设计 10
3.5 有源蜂鸣器模块（低电平触发） 14
3.6 WIFI模块 14
4 系统硬件电路搭建、调试及现场监测成果展示 15
4.1 系统硬件电路的搭建 15
4.2 系统硬件电路的调试 17
4.3 现场检测成果 18
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 引言
随着20世纪90年代无线通讯技术、嵌入式计算技术，现代网络、MEMS微电子机械系统和传感器技术的飞速发展，无线传感器网络（Wireless?Sensor?Network，WSN)凭借本身具备的感知、计算和无线网络通信功能引起了人们的极大关注[1]。无线传感器网络技术是一种网络化、智能化的全新的信息获取和处理技术，该技术不仅可以解决单一的传感器无法满足客户的功能需求，而且可以布置在工作人员难以或无法到达的区域进行自主的信息搜集，智能的搜集用户需要捕捉的信息并进行反馈。用户只需要进行联网或者到信号采集点取出信息存储卡就可以对搜集到的信息进行分析处理了。美国的《商业周刊》因为无线传感器网络的这些特性，认为无线传感器网络技术将成为未来世界的四大高新技术产业之一，将成为21世纪秋时节最具有影响力的21项技术之 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
一，应用前景十分广阔，对未来的信息技术发展起着关键的作用[2]。
1.1 研究背景及意义
无线传感器网络技术是新兴的传感器技术，早在1999年就有了关于无线传感器网络技术的言论，在美国移动计算和网络国际会议上，无线传感器网络技术正式进入了人们的眼帘，会议上正式把无线传感器网络技术纳入到了大会的讨论范围，会议上对无线传感器网络技术给予了极大的赞扬，会议认为无线传感器网络技术是未来传感器技术的发展趋势。2003年的美国《技术评论》杂志正式将无线传感器网络技术列为了未来世界的十大新兴技术之一。同期的另外一本《商业周刊》杂志也对无线传感器网络技术做了深入的介绍，并将其认为是一项发展前景极为广阔的传感器技术。随后的《今日防务》杂志更是将无线传感器网络技术的发展与国家的军事实力发展相关联，该杂志认为无线传感器网络技术的发展将对各国的军事力量的发展起到相当重要的作用，甚至可能引发一起军事技术的变革，进而改变未来战争的形式，对未来战争起到变革性的作用[3]。从目前的情况看，无线传感器网络技术越来越多的应用于环境的监测方面，对环境监测方面的作用日渐增强。无线传感器网络应用于环境监测的手段和传统的环境监测手段相比有着诸多传统环境监测技术不具备的优点。无线传感器网络监测技术可以用来监测有着十分恶劣环境条件的地区，在这些监测的地区，省却了工作人员专门值守在该地的要求，大大减少了人力的需求，而且监测结果更是优于传统的监测手段。该技术还能够采集大量的数据，只需要通过多布置多点的采集节点即可完成。采集到的信息与实际环境的信息基本上完全符合，可以实现对采集点数据的实时采集功能的实现。更重要的是部署方便、简单[4]。
无线传感器网络技术监测外界的环境参数是通过运用各种各样的传感器来实现的。该技术通过将诸多传感器采集到的客观世界环境中的物理信号转换成电信号来获知客观世界的真实状态。该技术的发展、运用满足了人们对“网络无处不在”的要求。无线传感器网络技术有着如下的特点[5]：
（1）该技术有自组织能力
（2）该技术基于短距离广播通信技术和多跳路由实现
（3）该技术可以布置多个监测节点并使得多个节点协调工作
（4）一旦节点监测功能弱化或者失效可以通过更改监测节点设备来解决
（5）该技术能量需求较小，只需要有限的能量供给。有着传输能耗小、存储空间大、计算功耗小的优点。
日前对于无线传感器网络技术的相关研究均是围绕实际应用来展开的。无线传感器网络技术凭借在军事技术、医疗卫生、环境监测、智能家居网络等领域的极为广阔的应用前景，成为了学术界、工业界的研究热点，该技术的发展可谓日新月异，极为迅速[6]。
所谓的无线传感网络监测技术就是由许多设置在监测点的廉价的微型传感器节点对周围的环境参数进行采集，然后利用无线传输技术组成一个多跳的网络系统。该技术工作原理主要是通过放置在监测点的许许多多的传感器节点共同合作，然后将采集到的数据通过无线传输技术发送给观察者[7]。
无线传感器网络监测系统优于传统的监测系统还表现在如下方面：1、该技术采用无线传输的方式，省却了传统监测手段对于线路的依赖，进而大大提高了系统布置的距离。有效增加了监测范围。2、该技术有多个监测节点组成，当某个节点发生故障时，只需要将发生故障的节点传感器进行更换即可，多整个系统的影响只局限于该故障节点的环境参数无法被检测而已，对整个监测系统的影响微乎其微。而传统的有线方式因为其节点分布固定，分布密度低等的特点，一旦某个区域的监测节点发生故障，就会使得整个局部的地区失去监测的功能，大大影响了整个系统的功能及效率[8]。
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 3
1.3 论文的主要内容及结构安排 4
2 整体电路设计 4
3 硬件电路设计 5
3.1 ZIGBEE网络拓扑结构 5
3.2 系统硬件设计 8
3.3 系统原理图 9
3.4 传感器模块设计 10
3.5 有源蜂鸣器模块（低电平触发） 14
3.6 WIFI模块 14
4 系统硬件电路搭建、调试及现场监测成果展示 15
4.1 系统硬件电路的搭建 15
4.2 系统硬件电路的调试 17
4.3 现场检测成果 18
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 引言
随着20世纪90年代无线通讯技术、嵌入式计算技术，现代网络、MEMS微电子机械系统和传感器技术的飞速发展，无线传感器网络（Wireless?Sensor?Network，WSN)凭借本身具备的感知、计算和无线网络通信功能引起了人们的极大关注[1]。无线传感器网络技术是一种网络化、智能化的全新的信息获取和处理技术，该技术不仅可以解决单一的传感器无法满足客户的功能需求，而且可以布置在工作人员难以或无法到达的区域进行自主的信息搜集，智能的搜集用户需要捕捉的信息并进行反馈。用户只需要进行联网或者到信号采集点取出信息存储卡就可以对搜集到的信息进行分析处理了。美国的《商业周刊》因为无线传感器网络的这些特性，认为无线传感器网络技术将成为未来世界的四大高新技术产业之一，将成为21世纪秋时节最具有影响力的21项技术之 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
一，应用前景十分广阔，对未来的信息技术发展起着关键的作用[2]。
1.1 研究背景及意义
无线传感器网络技术是新兴的传感器技术，早在1999年就有了关于无线传感器网络技术的言论，在美国移动计算和网络国际会议上，无线传感器网络技术正式进入了人们的眼帘，会议上正式把无线传感器网络技术纳入到了大会的讨论范围，会议上对无线传感器网络技术给予了极大的赞扬，会议认为无线传感器网络技术是未来传感器技术的发展趋势。2003年的美国《技术评论》杂志正式将无线传感器网络技术列为了未来世界的十大新兴技术之一。同期的另外一本《商业周刊》杂志也对无线传感器网络技术做了深入的介绍，并将其认为是一项发展前景极为广阔的传感器技术。随后的《今日防务》杂志更是将无线传感器网络技术的发展与国家的军事实力发展相关联，该杂志认为无线传感器网络技术的发展将对各国的军事力量的发展起到相当重要的作用，甚至可能引发一起军事技术的变革，进而改变未来战争的形式，对未来战争起到变革性的作用[3]。从目前的情况看，无线传感器网络技术越来越多的应用于环境的监测方面，对环境监测方面的作用日渐增强。无线传感器网络应用于环境监测的手段和传统的环境监测手段相比有着诸多传统环境监测技术不具备的优点。无线传感器网络监测技术可以用来监测有着十分恶劣环境条件的地区，在这些监测的地区，省却了工作人员专门值守在该地的要求，大大减少了人力的需求，而且监测结果更是优于传统的监测手段。该技术还能够采集大量的数据，只需要通过多布置多点的采集节点即可完成。采集到的信息与实际环境的信息基本上完全符合，可以实现对采集点数据的实时采集功能的实现。更重要的是部署方便、简单[4]。
无线传感器网络技术监测外界的环境参数是通过运用各种各样的传感器来实现的。该技术通过将诸多传感器采集到的客观世界环境中的物理信号转换成电信号来获知客观世界的真实状态。该技术的发展、运用满足了人们对“网络无处不在”的要求。无线传感器网络技术有着如下的特点[5]：
（1）该技术有自组织能力
（2）该技术基于短距离广播通信技术和多跳路由实现
（3）该技术可以布置多个监测节点并使得多个节点协调工作
（4）一旦节点监测功能弱化或者失效可以通过更改监测节点设备来解决
（5）该技术能量需求较小，只需要有限的能量供给。有着传输能耗小、存储空间大、计算功耗小的优点。
日前对于无线传感器网络技术的相关研究均是围绕实际应用来展开的。无线传感器网络技术凭借在军事技术、医疗卫生、环境监测、智能家居网络等领域的极为广阔的应用前景，成为了学术界、工业界的研究热点，该技术的发展可谓日新月异，极为迅速[6]。
所谓的无线传感网络监测技术就是由许多设置在监测点的廉价的微型传感器节点对周围的环境参数进行采集，然后利用无线传输技术组成一个多跳的网络系统。该技术工作原理主要是通过放置在监测点的许许多多的传感器节点共同合作，然后将采集到的数据通过无线传输技术发送给观察者[7]。
无线传感器网络监测系统优于传统的监测系统还表现在如下方面：1、该技术采用无线传输的方式，省却了传统监测手段对于线路的依赖，进而大大提高了系统布置的距离。有效增加了监测范围。2、该技术有多个监测节点组成，当某个节点发生故障时，只需要将发生故障的节点传感器进行更换即可，多整个系统的影响只局限于该故障节点的环境参数无法被检测而已，对整个监测系统的影响微乎其微。而传统的有线方式因为其节点分布固定，分布密度低等的特点，一旦某个区域的监测节点发生故障，就会使得整个局部的地区失去监测的功能，大大影响了整个系统的功能及效率[8]。
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