沈鹏
南京津通科技发展有限公司
摘要：客观来看，国内环境监测系统仍旧处于薄弱阶段，主要表现于环境数据监测不全、应用场景受限制等方面。目前，为进一步贯彻与落实可持续发展战略，相关行业对于环境监测系统的应用研究问题予以了高度重视。要求相关研究人员应该立足于环境污染现状，采取新兴技术手段，加强对环境监测系统的设计与应用推广力度。为确保我国环境污染治理工作得以取得良好成效，本文主要对基于ZigBee技术的环境监测系统设计与实现问题进行研究与分析。
关键词：环境监测系统；ZigBee；设计与实现
前言：
合理应用环境监测系统，基本上可以实现对待测环境运行情况以及异常问题的监督与控制管理。一般来说，环境监测系统可以针对各种环境进行监测管理，我根据用户应用场景需求，接入相应传感器，实现对待测区域的监督管理。在正式监测管理过程中，环境监测系统会主动对待测区域的环境情况进行自动测量并上报数据，工作人员可以根据数据反馈情况对当前环境运行状态进行动态把握与合理分析。结合当前应用情况来看，当前所应用的环境监测系统在功耗方面表现较大，同时受到场景的限制影响，存在传输距离受限等弊端问题。为及时解决当前环境监测系统存在的弊端问题，我们需要研究一种新型的环境监测系统，实现对待测区域环境情况的动态监督与管理。
1 基于ZigBee技术的环境监测系统的架构设计分析
1.1 运行需求
结合环境监测系统的运行需求来看，任何一种形式的环境监测系统都必须具备环境检测功能与记录分析功能。在正式运行过程中，环境监测系统可以自动收集环境数据，并将环境数据自动传输到管理平台体系当中。对于本文所研究的基于ZigBee技术的环境监测系统而言，除了需要具备上述运行需求之外，还需要从以下几点方面进行合理落实：
一是环境数据采集功能应该满足多样化需求。系统在采集环境数据的过程中，不应该再局限于某一单一数据，而是应该对多项环境数据进行采集处理；二是数据传输应该具备精准性与低成本性；三是云平台数据中心在实时数据接收方面应该具备适度的传输性能，同时在人机交互界面方面应该运行良好；四是该环境监测系统应该安装简便且扩展性良好，以确保可以适用于多种场景当中[1]。
1.2 设计内容
基于ZigBee技术的环境监测系统在设计内容方面主要围绕以下三个方面进行统筹规划与合理设计：
一方面，设计具备数据采集功能与节点传输功能的软硬件设施。另一方面，构建ZigBee技术的异构无线传感网络。此外，构建相应的云平台监控体系。
1.3 运行模块
在整个系统运行过程中，传感器与控制系统基本上可以视为实现不同采集节点相互连接的重要设施。在具体应用过程中，研究人员可利用节点搭建无线网络，深化传感器与控制系统的运行功能，完成数据交互工作。其中，ZigBee协调器通信模块可以组成网关，并将所采集到的数据通过网关上传到用户管理云平台体系（私有云或是公有云）当中。此时，用户可以在云平台上观看监测数据[2]。
系统在异构无线传感网络体系的构建过程中，需要通过协调器、路由器、终端节点等设施才能够实现数据交互与传输过程。其中，ZigBee网关部分中的ZigBee协调器可以完成在地的局域网络构建工作，并借助路由器实现对无线传感网络体系中数据资源的转发处理。采集到的数据通过网关主控模块送到通信模块系统当中，并通过上行链路将所发送的数据传输到用户管理云平台体系当中。
本系统的无线传感器网络通信模块在结构组成方面主要以路由器、终端设备以及协调器三部分为主。其中，协调器（图1所示）基本上可以发挥构建网络的功能优势，针对网络中的各个节点进行针对性管理。同时，协调器能够与通信模块（如图2所示）进行交互连接，并将所得到的数据通过基站传输到管理云平台当中。从客观角度上来看，用户管理云平台基本上可以视为人机交互中心，可以帮助用户实时监控周边环境动态发展情况，并主动根据环境参数反馈情况，对当前环境情况进行监督管理[3]。
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2 基于ZigBee技术的环境监测系统的软硬件设计分析
2.1 软件设计
在软件设计方面，我们需要对环境监测系统中的ZigBee网络协调器运行节点问题进行合理控制。可以根据系统运行要求，适当增加路由器数量，确保节点之间的通信变得更加灵活。在节点安装过程中，操作人员需要事先确定好路由器布置方位及协调器数量，构建科学合理的网络体系。待路由器与电路连接完成之后，我们可以对系统运行情况进行调试管理，调试管理结束之后，路由器可以实现对数据的转发处理。对于终端节点设计而言，在设计方面应该侧重于数据采集与控制命令执行管理。可通过借助无线射频模块，实现终端节点与无线传感网络的互动连接。
2.2 硬件设计
该系统在硬件选择上主要以CC2530片上系统芯片为主。按照系统运行要求，在节点运行控制上应该满足终端数据传输与采集功能，同时还应该满足路由器与协调器运行功能。在系统硬件部分的设计方面，可以从传感器、终端阶段以及协调器等方面进行合理设计。需要注意的是，关于硬件设施的选择应该根据系统运行需求进行合理应用。且在正式应用之前，应该科学、合理的调试管理原则，对硬件系统的运行状态进行控制管理，以防止对环境监测系统运行效果造成不良影响。
结论：
综上所述，基于ZigBee技术的环境监测系统的推广与应用不仅可以为环境监测工作提供良好的决策支持，同时还可以为环境监测成本效益提供良好的保障。鉴于该环境监测系统的重要性，建议研究人员应该加强对基于ZigBee技术的环境监测系统的研究与分析。如可以将其投入到不同场景中应用，加强传感器接入无线网络的通用性效果。或者加强对用户管理平台数据处理工作的重视程度，可适当结合大数据技术，提高数据采集价值与效率，减少数据传输效率不高的问题。相信在研究人员的不断努力下，基于ZigBee技术的环境监测系统势必可以得到良好应用。
参考文献：
[1]尹小曼，马俊，陈博行，方卫强. 基于zigbee技术的智能家居环境监测系统设计与实现[J]. 自动化与仪器仪表，2019(03):96-99.
[2]罗涛. 基于Zigbee技术的粮仓环境监测系统设计与实现[J]. 物流工程与管理，2015,37(11):121-123+183.
[3]张宏伟.基于ZigBee和NB-IoT的环境监测系统设计与实现[J]. 大庆师范学院学报，2020,40(06):91-98.