基于ZigBee网络的空气污染监测系统的制作方法

本实用新型属于空气质量检测技术领域，具体涉及一种基于ZigBee网络的空气污染监测系统。

背景技术：

随着当代社会工业化、城市化的发展，空气污染的状况日益严重，迫切需要开发一套可扩展性强、容易维护、安全有效、能够实时进行监测的空气污染监测系统。目前，我国对城市空气污染监测的方法主要有两种：传统人工取样实验室分析的方法；利用国外进口的自动化空气环境监测设备进行在线监测的方法。第一种方法采样时间长，易受人为因素的影响，有害气体浓度很高的监测现场会伤害监测人员的身体健康。第二种方法可扩展性、灵活性差，对突发空气环境污染事件力不从心。

而且，目前的空气污染监测数据基本来源于地面空气质量监测网，还无法明确说明各污染物的耦合反应、时空演化过程以及对区域污染的贡献等。因此空气污染监测技术应向全方位立体方向过渡，逐步实现近地面和更高空间的污染监测相结合。

在立体监测过程中，有时需要在不同的高度上采集空气质量数据，例如，研究高空细颗粒物的主要理化特性和垂直分布特征。所以，高精度的高度信息对于环境空气质量监测具有重要的意义。

传统的环境监测高度信息一般由GPS系统提供，众所周知，GPS对经纬度定位虽然已经达到了非常高的精度，但对海拔高度的定位精度却是存在非常大的误差，从而对于研究不同高度的空气污染监测具有较大的影响，影响了监测数据的精度。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于ZigBee网络的空气污染监测系统。

为实现以上目的，本实用新型采用如下技术方案：

基于ZigBee网络的空气污染监测系统，包括检测节点、上位机和服务器；所述检测节点与所述上位机通信连接，所述上位机与所述服务器通信连接；

所述检测节点包括ZigBee芯片、天线、数据采集模块、海拔定位电路和电源模块；所述电源模块给所述ZigBee芯片、数据采集模块和海拔定位电路供电，所述数据采集模块、海拔定位电路和天线均与所述ZigBee芯片电连接；

所述检测节点还包括时钟电路和复位电路，二者均与所述ZigBee芯片电连接。

所述数据采集模块包括温湿度传感器、一氧化碳传感器、二氧化硫传感器和A/D转换电路，所述温湿度传感器、一氧化碳传感器和二氧化硫传感器均通过所述A/D转换电路与所述ZigBee芯片电连接。

所述海拔定位电路包括GPS模块和气压传感器，二者均与所述ZigBee芯片电连接。

所述电源模块包括一枚稳压芯片，其输入端和输出端均用两个电容并联接地，用以滤除纹波。

所述上位机包括ZigBee协调器和计算机；所述检测节点与所述ZigBee协调器无线通信连接，所述ZigBee协调器与所述计算机有线连接，所述计算机通过互联网与所述服务器通信连接。

所述上位机还包括与所述ZigBee协调器电连接的报警模块；所述报警模块为GSM模块。

所述检测节点还包括与所述ZigBee芯片电连接的红外传感器，所述红外传感器用于检测是否有人体靠近。

所述检测节点还包括与所述ZigBee芯片电连接的备用接口电路。

所述备用接口电路包括JTAG接口和UART接口。

所述天线采用杆状天线。

本实用新型采用以上技术方案，利用无线传感器网络进行空气污染监测，部署简单、灵活，监测节点具有可移动性；能够实时反映监测数据，可进行远程监控，智能化程度高；运行和维护简单方便，新增的传感器节点能够自动加入到监测网络中去，适合大规模推广应用。本实用新型设计了由GPS和气压传感器组成的高度测量电路，通过气压传感器获得高精度的气压信息，并利用气压和海拔高度之间的关系，对GPS模块获得的高度信息进行修正，获得高精度的海拔高度信息。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型基于ZigBee网络的空气污染监测系统结构示意图；

图2是本实用新型基于ZigBee网络的空气污染监测系统的检测节点电路结构示意图；

图3是图2中电源模块的具体电路图。

图中：1-检测节点；11-ZigBee芯片；12-天线；13-数据采集模块；14-海拔定位电路；15-电源模块；16-时钟电路；17-复位电路；18-红外传感器；19-备用接口电路；2-上位机；3-服务器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本实用新型的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本实用新型所保护的范围。

如图1所示，本实用新型提供一种基于ZigBee网络的空气污染监测系统，包括检测节点1、上位机2和服务器3；检测节点1与上位机2通信连接，上位机2与服务器3通信连接。其中，一台服务器3能够对应多个上位机2，一个上位机2能够对应多个检测节点1。

进一步地，上位机2包括ZigBee协调器和计算机；检测节点1与ZigBee协调器无线通信连接，ZigBee协调器与计算机有线连接，计算机通过互联网与服务器3通信连接。

更进一步地，上位机2还包括与ZigBee协调器电连接的报警模块；报警模块为GSM模块。当检测节点1检测到异常数据时，GSM模块向预设的手机号码发送短信进行报警。

如图2所示，检测节点1包括ZigBee芯片11、天线12、数据采集模块13、海拔定位电路14和电源模块15；电源模块15给ZigBee芯片11、数据采集模块13和海拔定位电路14供电，数据采集模块13、海拔定位电路14和天线12均与ZigBee芯片11电连接。

ZigBee芯片11采用型号为CC2530的芯片，这款芯片支持IEEE802.15.4协议，它的额定工作电压是是3.3V。该芯片有多种工作模式，运行模式和睡眠模式之间的切换时间非常短，睡眠模式的功耗模式非常低，因此它能够适应超低功耗的系统，适用于定位和环境监测系统中。

天线12采用杆状天线12。这种天线12的功率大，发射距离远。

检测节点1还包括时钟电路16和复位电路17，二者均与ZigBee芯片11电连接。

复位电路17用于重新启动模块并初始化，复位电路17对于系统的稳定性有重要作用。本实用新型利用按键手动复位，按键的一端接芯片的RESET_N引脚，一端接GND，当按键被按下时即可对芯片复位。

数据采集模块13包括温湿度传感器、一氧化碳传感器、二氧化硫传感器和A/D转换电路，温湿度传感器、一氧化碳传感器和二氧化硫传感器均通过A/D转换电路与ZigBee芯片11电连接。

本实用新型采用型号为DHT11的数字温湿度传感器来采集环境中的温湿度信息，该传感器具有卓越的品质、极高的性价比、很强抗干扰能力、超快响应等优点。在综合考虑能耗、测量精度、测量范围、成本、体积等因素的情况下，选用的一氧化碳传感器型号为CO/CF-1000、二氧化硫传感器型号为SO2/CF-100。

需要说明的是，本实用新型中所配置的传感器并不仅限于所列举的三种，在具体实施过程中，可以根据需要灵活配置各种类型的传感器。

海拔定位电路14包括GPS模块和气压传感器，二者均与ZigBee芯片11电连接。

众所周知，海拔高度和大气压存在确定的对应关系，海拔越高，大气压越低。因此，本实用新型设计了由GPS和气压传感器组成的高度测量系统，通过气压传感器获得高精度的气压信息，并利用气压和海拔高度之间的关系，对GPS模块获得的高度信息进行修正，获得高精度的海拔高度信息。

检测节点1还包括与ZigBee芯片11电连接的红外传感器18，红外传感器18用于检测是否有人体靠近。被动式红外传感器18依据人体发出的红外波长与其他物体发出的射线的区别判定是否有人体入侵，因其价格便宜和稳定性好而成为目前使用最广泛的人体感应传感器。

本实用新型选用HC-SR501型人体红外感应模块，它具有低功耗、灵敏度高、可靠性高的特点。红外传感器18监控周边环境是否有热释红外信号，当人体靠近时通过ZigBee芯片11向上位机2发出异常信号，上位机2中的GSM模块发出警报。红外传感器18可以分为主动式和被动式。

检测节点1还包括与ZigBee芯片11电连接的备用接口电路19。备用接口电路19包括JTAG接口和UART接口。

如图3所示，电源模块15包括一枚稳压芯片，其输入端和输出端均用两个电容并联接地，用以滤除纹波。

稳压芯片的型号为REG1117-3.3，提供800mA和1A两种电流输出模式。本实用新型为了节省空间，在保证性能的情况下降低系统的功耗，选用800mA输出模式。稳定性好、杂波少的电源对系统非常重要，为了增加系统的稳定性，电源模块15对电压转化芯片的输入端和输出端均进行滤波处理。输入端和输出端均用优质的10μF钽电容和0.1μF普通电容并联接地。图中，C1和C3为钽电容，C2和C4为普通电容。

本实用新型能够实时监测空气质量，准确、及时地反映空气污染状况，提供实时在线报警功能。该系统将监测区域分成若干子区域，一个子区域内分布若干检测节点1，这些检测节点1能够方便地进行自组网；而且每个检测节点1都可以根据需要配置相应的传感器，用以监测空气环境的温度、湿度、气压、总可吸入颗粒物、CO、CO2、NO、NO2、SO2等气体的浓度。

本实用新型具有以下特点：1)可扩展性好，易于部署，能够方便地进行自组网，适合大规模推广应用；2)灵活的供电方式，不受监测场地电源的限制；3)能够实时反映监测数据，可进行远程监控，智能化程度高；4)提供报警功能。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。