基于wsn的环境质量监测设备的制造方法
基于wsn的环境质量监测设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种环境质量监测的装置，尤其涉及一种利用WSN的环境质量监测的装置。
【背景技术】
[0002]环境是人类赖以生存的必要条件，环境质量的好坏直接关系到人们的身体健康。特别是在一些中大型的城市，环境质量已经纳入为衡量该城市综合实力的标志。虽然随着我国对环境监测的重视，环境部门会实时发送环境信息给所有公民，但是存在环境的地域差异性，往往这些环境数据不能很好地代表当地的环境实际情况，于是设计一套能够测量所在区域室内或者周边环境的系统显得尤为重要。
[0003]目前的环境质量监测系统多数依靠有线传输，与传统的环境质量监测系统相比，使用ZigBee无线传感网具有传感器节点布置随意性、传感器节点数量的可扩张性、传感器网络通信的无线性等特点。克服了传统环境监测系统的布线困难，维修困难以及扩展性差等缺陷。
【发明内容】
[0004]本实用新型就是针对现有环境监测设备的不足之处，提供了一种采用基于WSN的环境质量监测设备。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案。
[0006]环境质量监测设备主要由三个部分组成=ZigBee无线传感网络、互联网以及用户监控中心；传感器监测节点、协调器以及上位机共同组成ZigBee无线传感网络。
[0007]所述传感器监测节点所包含的模块主要有MSP430G2553主控模块、基于CC2530的ZigBee透明传输模块、DHTll温湿度传感器模块、光学灰尘传感器模块和光传感器模块。
[0008]MSP430G2553主控模块中Pl.0接口连接发光管LED1，主控模块中Pl.1接口和Pl.2接口分别为主控模块的串行通信接口 TX以及RX，其中接口 Pl.1连接ZigBee透明传输模块的2号端口 RX，接口 Pl.2连接ZigBee透明传输模块的3号端口 TX。接口 Pl.5连接光传感器模块的Vin端口，接口 Pl.7连接开关。接口 P2.1连接光学灰尘传感器模块的3号接口，P2.2连接DHl I温湿度传感器模块的DATA接口。
[0009]所述ZigBee透明传输模块采用的芯片为CC2530F256，ZigBee透明传输模块接口I连接VCC接口，接口 2连接主控模块的接口 2，接口 3连接主控模块的接口 3，接口 4连接GND 接口。
[0010]所述光学灰尘传感器模块采用夏普光学灰尘传感器GP2Y1010AU0F，该模块提供六个接口，其中I号接口和2号接口是红外线发射管的供电引脚，I号接VCC接口，2号接GND接口，3号接口为红外发射二极管的控制引脚，3号接口连接主控模块的6号接口，5号接口为信号输出接口，连接主控芯片的4号接口，6号接口为模块提供电压，接VCC，4号接口接GND0
[0011]所述DHTll温湿度传感器模块只有四个接口，其中有一个接口为空，则剩下三个可用接口，其中I号接口连接VCC，2号DATA接口连接主控模块的P2.2，3号接口连接GND。
[0012]所述光传感器模块包括光敏电阻传感器，光敏电阻传感器串联一个电阻后连接在电源两端，光强度的变化引起光敏电阻传感器的电阻值变化，电压输出端Vin连接主控模块的4号Pl.5接口。
[0013]本实用新型采用上述技术方案后，有以下效果:本实用新型通过三种传感器实时采集周围环境的温湿度、光照以及粉尘参数，用户可以直接通过连接互联网的电脑访问相应网址就能完成对目标区域的环境监控，具有监控区域的随意性，可扩展性，安装方便，维修简单以及监控实时性等特点。
[0014]本实用新型可以适用于室内以及小范围的室外环境监测，用户可以通过网页监测数据并做出相应的判断，并可以控制任意的节点开启或者关闭。
【附图说明】
[0015]图1为环境质量监测系统应用示意图；
[0016]图2为监测节点组成结构示意图；
[0017]图3为MSP430G2553主控模块示意图；
[0018]图4为基于CC2530的ZigBee透明传输模块示意图；
[0019]图5为光学灰尘传感器模块示意图；
[0020]图6为DHTll温湿度传感器模块示意图；
[0021 ]图7为光传感器模块示意图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图来对本实用新型进一步详细描述。
[0023]如图1所示，一种基于WSN的环境质量监测系统包含了传感器监测节点、协调器和上位机、路由器、互联网以及用户终端电脑。传感器监测节点、协调器以及上位机共同组成了 ZigBee无线传感网络，其中协调器与上位机即ZigBee-1P网关是无线传感网络与互联网交接的入口。
[0024]如图2所示，本实用新型监测节点结构包括主控模块2-1，光学灰尘传感器模块2-2，DHTlI温湿度传感器模块2-3，光传感器模块2_4，ZigBee透明传输模块2_5，天线模块2-6。
[0025]如图3所示，主控模块为TI公司的MSP430G2553单片机，430系列单片机非常适合用在低功耗的系统中，本实用新型作为一种环境监测系统需要低功耗长时间工作的要求，采用该系列单片机正好满足需求。主控模块作为处理器为其他传感器与设备提供了扩展接口，如提供外接串行通信接口 RX和TX，16个数字I/O接口和8个模数转换ADC接口等。VCC接口为其他传感器模块和ZigBee模块提供电源，Pl.1与Pl.2为串行通信接口 RX和TX，分别连接ZigBee透明传输模块的TX与RX，作为数据的传输通道。P2.1连接光学灰尘传感器模块3号控制引脚，主控模块输出的控制信号必须经过三极管放大后才能够有效驱动红外发射管的工作。并且要求输入信号为方波，周期为10ms，高电平时间约为320us。主控芯片的Pl.5接口分别连接光学灰尘传感器模块5号信号输出引脚和光传感器模块的3号信号输出接口。P1.5接口依次采集两个模块输出的电压值在程序中进行量化转换成相应的空气微粒浓度和光照强度值并由主控模块经ZigBee传输模块传输至ZigBee网络，最后由路由器发 送至互联网，用户可以在任意时间地点在互联网访问传感器的数据。P2.2连接DHTll温湿度传感器模块的2号DATA接口。GND接口接地。
[0026]如图4所示，ZigBee透明传输模块采用TI的CC2530F256芯片。芯片集成了一个高性能的射频收发器和一个8051内核单片机，具有精简指令集和8kb的RAM和32k_256k的flash。芯片具有常用的外设，如DMA控制器，定时器和串口，但是本实施例中只需用它进行网络的组建以及数据的传送，于是只需用到其中的四个接口。其中接口 I和主控模块VCC连接提供电源，接口 4连接GND接地，接口 2和接口 3分别为串行通信的收发接口，分连接主控芯片的Pl.2和PL 1
[0027]如图5所示，光学灰尘传感器模块采用夏普光学灰尘传感器(GP2Y1010AU0F)，传感器中有两个关键的电子元件，分别是红外线发射管和高灵敏的感光元件。该传感器体积较小，而且灵敏度很高，可以用来测量0.8微米以上的微型颗粒物。其中I号接口与6号接口分别为红外发射管与传感器模块提供电源，为了给红外发射二极管供电，必须在I号V-LED和6号VCC之间串联一个限流电阻，以防止红外发射二极管烧毁。I号V-LED和2号GND-LED是红外线发射管的供电引脚，为了防止电源电压不稳，需要在这两个引脚端并联一个220uF的电容，3号LED由控制模块输入控制信号，5号VO为信号输出接口，连接主控模块Pl.5，5号接口输出脉冲的最大模拟电压值，与检测到的悬浮颗粒物浓度成正比关系。4号接口接GND。
[0028]如图6所示，DHTll温湿度传感器模块采用了一种数字信号传感器，相比于传统的热敏电阻模块内部集成了 8位单片机和电阻式湿度感应元件和NTC测温元件，提高了稳定性和抗干扰能力。其中I号接口连接与主控模块VCC连接提供电源，2号DATA接口与主控模块的P2.2连接，由于DHTll温湿度传感的数据输出引脚输出能力较弱，所以必须用一个5K的上拉电阻的方式与单片机进行通信，3号接口接GND。
[0029]如图7所示，光传感器模块电路简单，只需串联一个5.1K电阻后连接在电源两端，Vin端连接主控模块的Pl.5接口，光强度的变化引起光敏电阻传感器的电阻值变化，从而使光敏电阻两端的电压值发生改变，只要检测光敏电阻两端的电压就可以检测出环境光强度的变化。
[0030]整个系统的工作模式为:ZigBee协调器生成的PANID组建ZigBee网络，传感器监测节点搜索与自身匹配PANID并加入到该网络。传感器节点实时采集周围的环境状况数据:温湿度、悬浮颗粒物浓度和光照强度，并将采集到的数据通过无线链路发送给ZigBee-1P网关。ZigBee-ΙΡ网关接收到数据后通过路由器发送到互联网，用户可通过互联网来实时监控传感器节点周围的实时环境状况。
[0031]以上已对本实用新型创造的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型创造精神的前提下还可进行种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请的范围内。
【主权项】
1.基于WSN的环境质量监测设备，包括ZigBee无线传感网络、互联网以及用户监控中心；传感器监测节点、协调器以及上位机共同组成ZigBee无线传感网络；其特征在于:所述传感器监测节点所包含的模块主要有MSP430G2553主控模块、基于CC2530的ZigBee透明传输模块、DHTll温湿度传感器模块、光学灰尘传感器模块和光传感器模块；MSP430G2553主控模块中Pl.0接口连接发光管LEDI，主控模块中Pl.1接口和Pl.2接口分别为主控模块的串行通信接口 TX以及RX，其中接口 Pl.1连接ZigBee透明传输模块的2号端口 RX，接口 Pl.2连接ZigBee透明传输模块的3号端口 TX ;接口 Pl.5连接光传感器模块的Vin端口，接口 Pl.7连接开关；接口 P2.1连接光学灰尘传感器模块的3号接口，P2.2连接DHll温湿度传感器模块的DATA接口 ； 所述ZigBee透明传输模块采用的芯片为CC2530F256，ZigBee透明传输模块接口 I连接VCC接口，接口 2连接主控模块的接口 2，接口 3连接主控模块的接口 3，接口 4连接GND接口 ； 所述光学灰尘传感器模块采用夏普光学灰尘传感器GP2Y1010AU0F，该模块提供六个接口，其中I号接口和2号接口是红外线发射管的供电引脚，I号接VCC接口，2号接GND接口，3号接口为红外发射二极管的控制引脚，3号接口连接主控模块的6号接口，5号接口为信号输出接口，连接主控芯片的4号接口，6号接口为模块提供电压，接VCC，4号接口接GND ；所述DHTll温湿度传感器模块只有四个接口，其中有一个接口为空，则剩下三个可用接口，其中I号接口连接VCC，2号DATA接口连接主控模块的P2.2，3号接口连接GND ；所述光传感器模块包括光敏电阻传感器，光敏电阻传感器串联一个电阻后连接在电源两端，光强度的变化引起光敏电阻传感器的电阻值变化，电压输出端Vin连接主控模块的4号Pl.5接口。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于WSN的环境质量监测设备。包括ZigBee无线传感网络、互联网以及用户监控中心；传感器监测节点、协调器以及上位机共同组成ZigBee无线传感网络；所述传感器监测节点所包含的模块主要有MSP430G2553主控模块、基于CC2530的ZigBee透明传输模块、DHT11温湿度传感器模块、光学灰尘传感器模块和光传感器模块。本实用新型通过三种传感器实时采集周围环境的温湿度、光照以及粉尘参数，用户可以直接通过连接互联网的电脑访问相应网址就能完成对目标区域的环境监控，具有监控区域的随意性，可扩展性，安装方便，维修简单以及监控实时性等特点。
【IPC分类】G08C17/02
【公开号】CN204695537
【申请号】CN201520220302
【发明人】沈佳辉, 骆懿, 许晓荣, 黄怡, 居艳, 王海宁
【申请人】杭州电子科技大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年4月13日
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种环境质量监测的装置，尤其涉及一种利用WSN的环境质量监测的装置。
【背景技术】
[0002]环境是人类赖以生存的必要条件，环境质量的好坏直接关系到人们的身体健康。特别是在一些中大型的城市，环境质量已经纳入为衡量该城市综合实力的标志。虽然随着我国对环境监测的重视，环境部门会实时发送环境信息给所有公民，但是存在环境的地域差异性，往往这些环境数据不能很好地代表当地的环境实际情况，于是设计一套能够测量所在区域室内或者周边环境的系统显得尤为重要。
[0003]目前的环境质量监测系统多数依靠有线传输，与传统的环境质量监测系统相比，使用ZigBee无线传感网具有传感器节点布置随意性、传感器节点数量的可扩张性、传感器网络通信的无线性等特点。克服了传统环境监测系统的布线困难，维修困难以及扩展性差等缺陷。
【发明内容】
[0004]本实用新型就是针对现有环境监测设备的不足之处，提供了一种采用基于WSN的环境质量监测设备。
[0005]为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案。
[0006]环境质量监测设备主要由三个部分组成=ZigBee无线传感网络、互联网以及用户监控中心；传感器监测节点、协调器以及上位机共同组成ZigBee无线传感网络。
[0007]所述传感器监测节点所包含的模块主要有MSP430G2553主控模块、基于CC2530的ZigBee透明传输模块、DHTll温湿度传感器模块、光学灰尘传感器模块和光传感器模块。
[0008]MSP430G2553主控模块中Pl.0接口连接发光管LED1，主控模块中Pl.1接口和Pl.2接口分别为主控模块的串行通信接口 TX以及RX，其中接口 Pl.1连接ZigBee透明传输模块的2号端口 RX，接口 Pl.2连接ZigBee透明传输模块的3号端口 TX。接口 Pl.5连接光传感器模块的Vin端口，接口 Pl.7连接开关。接口 P2.1连接光学灰尘传感器模块的3号接口，P2.2连接DHl I温湿度传感器模块的DATA接口。
[0009]所述ZigBee透明传输模块采用的芯片为CC2530F256，ZigBee透明传输模块接口I连接VCC接口，接口 2连接主控模块的接口 2，接口 3连接主控模块的接口 3，接口 4连接GND 接口。
[0010]所述光学灰尘传感器模块采用夏普光学灰尘传感器GP2Y1010AU0F，该模块提供六个接口，其中I号接口和2号接口是红外线发射管的供电引脚，I号接VCC接口，2号接GND接口，3号接口为红外发射二极管的控制引脚，3号接口连接主控模块的6号接口，5号接口为信号输出接口，连接主控芯片的4号接口，6号接口为模块提供电压，接VCC，4号接口接GND0
[0011]所述DHTll温湿度传感器模块只有四个接口，其中有一个接口为空，则剩下三个可用接口，其中I号接口连接VCC，2号DATA接口连接主控模块的P2.2，3号接口连接GND。
[0012]所述光传感器模块包括光敏电阻传感器，光敏电阻传感器串联一个电阻后连接在电源两端，光强度的变化引起光敏电阻传感器的电阻值变化，电压输出端Vin连接主控模块的4号Pl.5接口。
[0013]本实用新型采用上述技术方案后，有以下效果:本实用新型通过三种传感器实时采集周围环境的温湿度、光照以及粉尘参数，用户可以直接通过连接互联网的电脑访问相应网址就能完成对目标区域的环境监控，具有监控区域的随意性，可扩展性，安装方便，维修简单以及监控实时性等特点。
[0014]本实用新型可以适用于室内以及小范围的室外环境监测，用户可以通过网页监测数据并做出相应的判断，并可以控制任意的节点开启或者关闭。
【附图说明】
[0015]图1为环境质量监测系统应用示意图；
[0016]图2为监测节点组成结构示意图；
[0017]图3为MSP430G2553主控模块示意图；
[0018]图4为基于CC2530的ZigBee透明传输模块示意图；
[0019]图5为光学灰尘传感器模块示意图；
[0020]图6为DHTll温湿度传感器模块示意图；
[0021 ]图7为光传感器模块示意图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图来对本实用新型进一步详细描述。
[0023]如图1所示，一种基于WSN的环境质量监测系统包含了传感器监测节点、协调器和上位机、路由器、互联网以及用户终端电脑。传感器监测节点、协调器以及上位机共同组成了 ZigBee无线传感网络，其中协调器与上位机即ZigBee-1P网关是无线传感网络与互联网交接的入口。
[0024]如图2所示，本实用新型监测节点结构包括主控模块2-1，光学灰尘传感器模块2-2，DHTlI温湿度传感器模块2-3，光传感器模块2_4，ZigBee透明传输模块2_5，天线模块2-6。
[0025]如图3所示，主控模块为TI公司的MSP430G2553单片机，430系列单片机非常适合用在低功耗的系统中，本实用新型作为一种环境监测系统需要低功耗长时间工作的要求，采用该系列单片机正好满足需求。主控模块作为处理器为其他传感器与设备提供了扩展接口，如提供外接串行通信接口 RX和TX，16个数字I/O接口和8个模数转换ADC接口等。VCC接口为其他传感器模块和ZigBee模块提供电源，Pl.1与Pl.2为串行通信接口 RX和TX，分别连接ZigBee透明传输模块的TX与RX，作为数据的传输通道。P2.1连接光学灰尘传感器模块3号控制引脚，主控模块输出的控制信号必须经过三极管放大后才能够有效驱动红外发射管的工作。并且要求输入信号为方波，周期为10ms，高电平时间约为320us。主控芯片的Pl.5接口分别连接光学灰尘传感器模块5号信号输出引脚和光传感器模块的3号信号输出接口。P1.5接口依次采集两个模块输出的电压值在程序中进行量化转换成相应的空气微粒浓度和光照强度值并由主控模块经ZigBee传输模块传输至ZigBee网络，最后由路由器发 送至互联网，用户可以在任意时间地点在互联网访问传感器的数据。P2.2连接DHTll温湿度传感器模块的2号DATA接口。GND接口接地。
[0026]如图4所示，ZigBee透明传输模块采用TI的CC2530F256芯片。芯片集成了一个高性能的射频收发器和一个8051内核单片机，具有精简指令集和8kb的RAM和32k_256k的flash。芯片具有常用的外设，如DMA控制器，定时器和串口，但是本实施例中只需用它进行网络的组建以及数据的传送，于是只需用到其中的四个接口。其中接口 I和主控模块VCC连接提供电源，接口 4连接GND接地，接口 2和接口 3分别为串行通信的收发接口，分连接主控芯片的Pl.2和PL 1
[0027]如图5所示，光学灰尘传感器模块采用夏普光学灰尘传感器(GP2Y1010AU0F)，传感器中有两个关键的电子元件，分别是红外线发射管和高灵敏的感光元件。该传感器体积较小，而且灵敏度很高，可以用来测量0.8微米以上的微型颗粒物。其中I号接口与6号接口分别为红外发射管与传感器模块提供电源，为了给红外发射二极管供电，必须在I号V-LED和6号VCC之间串联一个限流电阻，以防止红外发射二极管烧毁。I号V-LED和2号GND-LED是红外线发射管的供电引脚，为了防止电源电压不稳，需要在这两个引脚端并联一个220uF的电容，3号LED由控制模块输入控制信号，5号VO为信号输出接口，连接主控模块Pl.5，5号接口输出脉冲的最大模拟电压值，与检测到的悬浮颗粒物浓度成正比关系。4号接口接GND。
[0028]如图6所示，DHTll温湿度传感器模块采用了一种数字信号传感器，相比于传统的热敏电阻模块内部集成了 8位单片机和电阻式湿度感应元件和NTC测温元件，提高了稳定性和抗干扰能力。其中I号接口连接与主控模块VCC连接提供电源，2号DATA接口与主控模块的P2.2连接，由于DHTll温湿度传感的数据输出引脚输出能力较弱，所以必须用一个5K的上拉电阻的方式与单片机进行通信，3号接口接GND。
[0029]如图7所示，光传感器模块电路简单，只需串联一个5.1K电阻后连接在电源两端，Vin端连接主控模块的Pl.5接口，光强度的变化引起光敏电阻传感器的电阻值变化，从而使光敏电阻两端的电压值发生改变，只要检测光敏电阻两端的电压就可以检测出环境光强度的变化。
[0030]整个系统的工作模式为:ZigBee协调器生成的PANID组建ZigBee网络，传感器监测节点搜索与自身匹配PANID并加入到该网络。传感器节点实时采集周围的环境状况数据:温湿度、悬浮颗粒物浓度和光照强度，并将采集到的数据通过无线链路发送给ZigBee-1P网关。ZigBee-ΙΡ网关接收到数据后通过路由器发送到互联网，用户可通过互联网来实时监控传感器节点周围的实时环境状况。
[0031]以上已对本实用新型创造的较佳实施例进行了具体说明，但本实用新型并不限于实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本实用新型创造精神的前提下还可进行种种的等同的变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请的范围内。
【主权项】
1.基于WSN的环境质量监测设备，包括ZigBee无线传感网络、互联网以及用户监控中心；传感器监测节点、协调器以及上位机共同组成ZigBee无线传感网络；其特征在于:所述传感器监测节点所包含的模块主要有MSP430G2553主控模块、基于CC2530的ZigBee透明传输模块、DHTll温湿度传感器模块、光学灰尘传感器模块和光传感器模块；MSP430G2553主控模块中Pl.0接口连接发光管LEDI，主控模块中Pl.1接口和Pl.2接口分别为主控模块的串行通信接口 TX以及RX，其中接口 Pl.1连接ZigBee透明传输模块的2号端口 RX，接口 Pl.2连接ZigBee透明传输模块的3号端口 TX ;接口 Pl.5连接光传感器模块的Vin端口，接口 Pl.7连接开关；接口 P2.1连接光学灰尘传感器模块的3号接口，P2.2连接DHll温湿度传感器模块的DATA接口 ； 所述ZigBee透明传输模块采用的芯片为CC2530F256，ZigBee透明传输模块接口 I连接VCC接口，接口 2连接主控模块的接口 2，接口 3连接主控模块的接口 3，接口 4连接GND接口 ； 所述光学灰尘传感器模块采用夏普光学灰尘传感器GP2Y1010AU0F，该模块提供六个接口，其中I号接口和2号接口是红外线发射管的供电引脚，I号接VCC接口，2号接GND接口，3号接口为红外发射二极管的控制引脚，3号接口连接主控模块的6号接口，5号接口为信号输出接口，连接主控芯片的4号接口，6号接口为模块提供电压，接VCC，4号接口接GND ；所述DHTll温湿度传感器模块只有四个接口，其中有一个接口为空，则剩下三个可用接口，其中I号接口连接VCC，2号DATA接口连接主控模块的P2.2，3号接口连接GND ；所述光传感器模块包括光敏电阻传感器，光敏电阻传感器串联一个电阻后连接在电源两端，光强度的变化引起光敏电阻传感器的电阻值变化，电压输出端Vin连接主控模块的4号Pl.5接口。
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于WSN的环境质量监测设备。包括ZigBee无线传感网络、互联网以及用户监控中心；传感器监测节点、协调器以及上位机共同组成ZigBee无线传感网络；所述传感器监测节点所包含的模块主要有MSP430G2553主控模块、基于CC2530的ZigBee透明传输模块、DHT11温湿度传感器模块、光学灰尘传感器模块和光传感器模块。本实用新型通过三种传感器实时采集周围环境的温湿度、光照以及粉尘参数，用户可以直接通过连接互联网的电脑访问相应网址就能完成对目标区域的环境监控，具有监控区域的随意性，可扩展性，安装方便，维修简单以及监控实时性等特点。
【IPC分类】G08C17/02
【公开号】CN204695537
【申请号】CN201520220302
【发明人】沈佳辉, 骆懿, 许晓荣, 黄怡, 居艳, 王海宁
【申请人】杭州电子科技大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年4月13日
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