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基于ZigBee无线通信技术的环境监测系统设计与实现

内容提要：环境监测在现实生活中具有举足轻重的地位，从环境的监控与预测，环境生态管

到工农业生产，智能家居，我们需要采集并处大量的数据，实时且准确的环境参数至关重要。传

统的环境监测设备造价高，结构复杂，维护成本高，无法适应越来越多样化的智能控制需求。本文

以CC2530芯片为核心控制芯片设计了基于ZigBee无线通信技术的环境监测系统，利用IAR软件在

Z-Stack中对网络节点进行编程，用QT软件编写了上位机程序，重点研究了ZigBee网络通信、数据

采集、上位机软件开发。本设计可以用无线传感器节点对环境中的温湿度，土壤湿度，河流水位，

烟雾浓度做出测量，并将数据实时传送到上位机，满足人们防范火灾、洪涝灾害，时刻掌握环境状

况的需求。本设计部署简单、可以无人操作、可以长期且实时监控、节点成本相对较低，可以适应

多样化的环境监测需求。

关键词：CC2530,无线传感器网络，ZigBee，环境监测系统

目录

1绪论3

1.1课题研究背景和意义3

1.2国内外环境监测系统研究现状3

1.2.1环境监测方法3

1.2.2无线传感器网络应用现状4

1.3本文研究内容5

2系统原与总体方案设计6

2.1ZigBee技术概述6

2.1.1ZigBee技术简介6

2.1.2ZigBee技术特点6

2.1.3ZigBee协议栈7

2.1.4ZigBee网络设备及拓扑结构8

2.2系统总体设计方案9

2.3系统节点设计原9

2.3.1终端节点9

2.3.2协调器节点10

3系统硬件设计10

3.1核心模块简介10

3.2控制模块设计12

3.2.1电压转换模块12

3.2.2USB转串口模块12

3.2.3LED液晶显示模块13

3.3传感器模块13

3.3.1温湿度传感模块13

3.3.3土壤湿度传感模块14

3.3.4水位传感模块15

3.4节点电路设计15

3.4.1终端节点15

3.4.2协调器节点16

4系统软件设计17

4.1系统开发环境简介17

4.2ZigBee协议栈简介17

4.3节点软件设计18

4.3.1终端节点工作流程18

4.3.2协调器节点工作流程19

4.3.3初始化20

4.3.4周期检测与LED显示、数据发送20

4.3.5协调器数据传送20

4.3.6程序烧录21

4.4上位机软件开发环境简介21

4.5上位机软件设计22

4.5.1设计思路22

4.5.2构造串口22

4.5.3串口线程、信号与槽23

4.5.4数据显示23

4.5.5UI设计24

5系统实验与结果25

6总结与展望26

6.1总结26

6.2展望27

参考文献27

1绪论

1.1课题研究背景和意义

在实际生产生活中，环境监测始终是一个重要的问题，大到自然灾害的防治，小到生产生活中

的应用。如果能掌握充分的环境信息，对这些数据进行分析，就能预测环境的变化，对可能发生的

情况做出未雨绸缪的决策，消除安全隐患，让事件向人们预期的方向发展。

环境监测不只是宏观的气象监测、森林火灾预防、洪涝灾害预防，也存在于许多个性化的、微

观的应用场景中，比如对矿井中的温湿度，烟雾浓度等环境信息进行监控，预防瓦斯泄露以及透水

等事故。对于环境监测而言，持续而稳定地获取高质量监测数据是十分重要的，这就需要监测系统

有较低的成本，较高的可持续性⑴。基于ZigBee技术的无线传感器网络为环境监测的一些问题提供

了新的解决方案。与传统的固定监测站相比，无线传感器网络的优势有很多，比如低成本，便于部

署，传感节点可以广泛布置。在传统的环境监测方式无法满足监测需求的地方，如矿井作业区监控、

河流、森林火灾预防等应用场景，