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室内空气质量监测系统的设计与实现

郭联金;虞晓琼;王国胜;林继隆

【摘要】采用无线传感器网络技术和基于ARM+Linux的嵌入式系统架构,设计了

一款室内空气质量监测系统,能对甲醛、PM2.5等空气品质因子进行现场数据采集,

并通过二级数据融合评估和输出室内空气环境的质量等级.客户端计算机与智能手

机可借助于无线与有线网络,对数据进行远程访问和实时监测,为实现物联网应用中

的环境监测提供了有效的解决方案.

【期刊名称】《微型机与应用》

【年(卷),期】2016(035)018

【总页数】4页(P99-102)

【关键词】多传感器;数据融合;室内环境;远程监测

【作者】郭联金;虞晓琼;王国胜;林继隆

【作者单位】东莞职业技术学院机电工程系,广东东莞523808;东莞职业技术学院

机电工程系,广东东莞523808;深圳信息职业技术学院交通与环境学院,广东深圳

518172;东莞职业技术学院机电工程系,广东东莞523808

【正文语种】中文

【中图分类】TP23

引用格式：郭联金，虞晓琼，王国胜,等.室内空气质量监测系统的设计与实现[J].

微型机与应用，2016,35(18)：99-102.

对室内空气质量进行实时、长期的监测和控制对于保障大众身体健康具有非常现实

的意义。目前，采用嵌入式技术与无线传感网络对室内环境进行远程监测与控制，

并构建物联网，已成为智能家居的发展趋势和研究热点[1-3]。温湿度和有害气体

浓度是评判室内空气品质不可或缺的参数。采用ZigBee无线传感器网络技术和基

于ARM+Linux的嵌入式系统架构设计了一款室内空气质量监测系统。该系统可

对甲醛、一氧化碳、TVOC(总挥发性有机化合物)、PM2.5的浓度及温湿度进行数

据采集，通过数据融合计算、评估和输出室内空气环境的质量等级。客户端(计算

机或智能手机)可通过互联网和无线网络对数据进行远程访问。

ZibBee无线传感器网络分布在监测区域，由多个数据采集节点组成，采用无线并

行通信方式，通过感知和采集温度、湿度、气体浓度等环境参数，形成一个相互协

作的网络[4]。因本系统通信距离短、数据采集节点少，协调器节点与各传感节点

采用星形网络。协调器与各终端节点分别采用广播、单播的数据传送方式进行通信。

可通过增加独立的子节点，扩展网络容量，增大网络覆盖区域。

如图1所示，系统主要由数据采集节点、ZigBee无线传输模块、主控制器与远程

监测终端组成。数据采集节点由各类传感器采集环境信息，进行数据分析与处理并

向ZigBee无线传输模块发送信息。ZigBee无线传输模块接收传感节点数据，并

传送至主控制器。主控制器对ZigBee无线传输模块发来的数据进行存储、分析和

计算，通过路由器和WiFi网络将数据发送至智能手机、PC等用户终端。主控制

器处理各种软件和协议，在网络中相当于网关和连接多种异构网络的桥梁。

ZigBee协调器节点主要负责网络的建立、组织和管理，与终端的数据采集子节点

进行无线数据交换，同时与主控制器相互通信[5]。

2.1环境数据采集终端节点设计

环境数据采集终端节点模块由以射频芯片CC2530为核心的ZigBee射频通信模块、

各传感器模块、电源及LED指示电路等组成(如图2所示)，构成多个ZigBee传感

器节点。其中，射频通信模块由CC2530与PCB天线构成，用于接收主节点传来

的控制信号。CC2530芯片集成了RF收发器、增强型8051CPU、8KBRAM，

支持多组协议的USART和DMA功能，支持ZigBee2007/Pro协议栈，可运行

在不同的模式下以适应超低功耗的要求。传感器模块由各类传感器检测电路组成，

用于实时监测各项室内环境参数；8051CPU负责传感器检测数据的储存、处理和

控制模块中其他电路。电源模块用于外接电源供电与电池供电两种供电方式的管理

和切换，以保证系统正常、低功耗工作。LED指示电路对整个模块的工作状态进

行指示。JTAG口为程序调试和烧写所必需的接口。环境数据采集ZigBee终端将

信号采集、数据处理与无线通信三种功能合为一体[6]，将传感器采集的数据进行

A/D转换，再通过ZigBee无线网络发送至协调器节点。

2.2环境检测传感器的选用

室内空气品质的重要影响因素主要包括各种有害的污