基于ZigBee无线传感器网络的环境监测系统实现

• 作 者: 周东蕴
• 出 处: 哈尔滨工业大学
• 发表日期: 2020年02期
• 关键词: 无线传感器网络 多场景环境监测 ZigBee技术 路由算法

随着环境问题日益成为公众关注的焦点,应用环境监测技术来获取环境信息,成为保护环境的重要手段。针对传统环境监测技术的智能化程度低、网络布线复杂等缺点,采用无线传感器网络技术组建环境监测系统,具有成本低、部署灵活、网络覆盖范围大,可靠性高等优势。本文采用无线传感器网络技术,在多种环境场景下构建了传感器网络,设计了一个覆盖多场景、采集多种环境信息的监测系统。首先,给出了环境监测系统的总体设计方案。系统针对四种场景进行监测,传感器分别部署在室内生活区、室外楼宇间、室外开阔环境以及近海观测区,主要采集空气、海水等环境信息。系统选取ZigBee技术实现传感器网络的组建,并采用GPRS协议进行远程传输,实现传感器网络与互联网的信息交互。其次,本系统包括硬件系统和软件系统两部分。硬件系统设计主要包括传感器模块的选型以及系统内节点的硬件设计。本系统以TI的CC2530作为ZigBee的解决方案设计了各场景下的组网硬件平台,通过在汇聚节点处集成ZigBee和GPRS两种通信模块,解决传感器网络的远程连接问题。软件系统设计包括节点软件设计和数据处理中心的软件设计。节点软件的设计按照各区域的实际监测需求和网络内不同类型节点的功能,采用ZigBee协议栈软件进行了开发。数据处理中心软件运行在远程服务器上,系统采用Qt设计了服务器端的数据处理中心软件,可同时接收多个监测场景的客户端连接,并对上传的传感器数据进行分类处理,最终存储到MySQL数据库中。最后,针对系统中ZigBee网络的路由算法在路由开销和传输延时等方面存在的问题,提出了一种基于能量判决的改进算法E-ZBR,并通过NS2仿真工具进行了仿真。仿真结果表明,与本系统内ZigBee网络的ZBR算法相比,该算法可减少网络的路由控制开销,降低网络延时和丢包率。