基于ZigBee的實驗室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn).pdf

1、實驗室作為高等院校進行教學和科研的重要場所，存放著種類眾多的精密科研儀器，也有一些易燃、易爆、劇毒等危險物品，加之使用頻繁，人員集中且流動性大，常有突發(fā)性事故發(fā)生，在嚴重威脅到師生人身安全的同時，還會給學校帶來巨大財產(chǎn)損失。因此如何以較低的投入，保證科研儀器運行環(huán)境的安全可靠，確保危險物品的存放安全，盡可能消除對人身和財產(chǎn)安全的隱患，已成為社會關注的問題。
　　在此背景下，針對高等院校實驗室環(huán)境監(jiān)測需求，本文通過對ZigBee技術

2、、無線傳感器網(wǎng)絡技術、ZigBee抗干擾技術的研究，設計了基于ZigBee的實驗室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。另外對相關干擾技術進行研究，使得系統(tǒng)能夠抵御WiFi干擾，實現(xiàn)無線傳感器網(wǎng)絡對溫濕度及紅外數(shù)據(jù)的采集、傳輸和處理，最終達到對實驗室環(huán)境進行監(jiān)測的目的。
　　本文取得的具體成果有以下幾方面：
　　（1）結合高校對實驗室監(jiān)測系統(tǒng)的需求，本文設計了監(jiān)測系統(tǒng)總體結構：利用無線傳感器網(wǎng)絡對環(huán)境進行數(shù)據(jù)采集，并通過協(xié)調器的USB串口與PC端相

3、連接，PC端的上位機通過對數(shù)據(jù)包的分析處理，將相關信息存儲至數(shù)據(jù)庫，最后通過對數(shù)據(jù)庫的連接和訪問，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和展示。在節(jié)點硬件選型方面，對目前市場上存在的多種型號芯片進行了分析對比，結合成本的考慮，本系統(tǒng)決定采用TI公司的CC2530芯片，成都無線龍公司的SMBD-14底板、GDH的高精溫濕度傳感器和HC-SR501人體紅外探測傳感器。
　?。?）通過分析目前存在的干擾檢測技術和干擾規(guī)避技術，發(fā)現(xiàn)大部分檢測方法僅通過接收信號

4、強度指示或誤包率來判斷網(wǎng)絡是否正在遭受WiFi干擾，而這種判斷并不準確。因此本文提出了一種基于鏈路質量和PER的干擾檢測改進方法，該方法通過對普通節(jié)點和重要節(jié)點誤包率、出現(xiàn)誤包率節(jié)點所占的比重、鏈路質量以及接收信號強度指示的綜合判斷，最終決定是否存在WiFi干擾。在干擾規(guī)避方法中，發(fā)部分算法即耗時又耗資源。因此本文改進了信道選擇方式，采取前后掃描的方式，直到發(fā)現(xiàn)合適的信道，提高了規(guī)避速度。
　　（3）利用C及C＃開發(fā)語言，在IAR

5、 Embedded Workbench8.10開發(fā)平臺實現(xiàn)了ZigBee網(wǎng)絡的設計，包括：初始化網(wǎng)絡、建立網(wǎng)絡路由、溫濕度和人體紅外采集、節(jié)點暫時脫離網(wǎng)絡處理、探測故障節(jié)點；在Visual Studio2010開發(fā)環(huán)境實現(xiàn)了上位機和網(wǎng)站的開發(fā)；在SQL Server2008 R2數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)庫創(chuàng)建與數(shù)據(jù)存儲。最終完成了基于ZigBee的實驗室環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設計，實現(xiàn)了對環(huán)境信息的采集、傳輸、分析處理、存儲和統(tǒng)計展示，對用戶信