菏泽市生态环境局郓城县分局 山东菏泽 274700
摘要：当今的环境污染严重限制了全球经济和人类健康的发展。加强环境监测，建立环境保护体系，具有十分重要的意义。在运用ZigBee双向无线通信技术进行环境在线监控系统时，ZigBee通信模块常用的芯片模型是CC2530，系统网关的通信模式一般为GPRS模式，数据分析模型主要是进行在线处理相应的采集数据。经过测试，设计环境实时采集监控系统可以稳定运行，通过系统的网络管理，可以在系统的服务器端实时获取并更新实时数据，实现实时监测环境参数。
关键词：ZigBee；无线传感器网络；传感器
引言
随着经济技术的发展，现有的环境监控系统具有较高的布线成本和较差的干扰保护，这使得该过程复杂且难以维护，因为在添加新的监控点时需要更改物理布线。今天的环境污染严重制约了全球经济的发展，对人类的健康产生了极为不利的影响。每年由于环境问题会给全球经济造成极大的损失。如因为酸雨导致的植物坏死、人员伤亡，由于污水排放导致的海水富养化，由于温度升高，海平面上升带来的危险，许多小岛消失。提高环境意识和保护环境至关重要。
一、无线传感器网络环境监测系统的技术优势
（1）多传感器数据融合技术
每个节点从特定区域收集两种数据数据。动态数据对于提高环境意识至关重要，因为传感器收集的大多数数据都是静态的。为此，节点本身必须过滤以前收集的数据，对数据进行综合分析，然后传输到相邻的网关节点，主机需要对传感器节点的数据进行综合整理然后做出相应的决策。
（2）数据传输方式
每个节点必须具有接收和发送功能，以实现数据传输和通信。由于实际环境在大多数情况下是复杂且相对恶劣的，因此需要进行天线传输，功率、灵敏度和传输距离设计才能稳定地传输和接收无线数据。使用多种数据传输模式，在数据出现异常时，能够及时进行跟踪和传输，数据正常时，定期进行数据的传输，当工作人员进行查询时，能够及时进行数据的传输，能够让处理器进入睡眠的模式，从而降低功耗，延长相应的使用寿命，并有效防止无用数据的生成，加速了处理器的运行。
（3）结合ZigBee的通信协议的技术
Zigbee技术是新兴的、短距离的、低速率的、无线网络技术，属于在无线标签技术以及蓝牙中间的新技术。Zigbee技术具备数据的速率低、消耗低、容量大、少延迟、极高的安全性、工作灵活等优势。
二、在使用ZigBee的无线传感器进行网络环境监控
（1）系统结构设计
在使用ZigBee技术的基础上，无线传感器网络技术具有成本小、占地小、消耗小的优势，可以作为子系统融入到其他的设备中，在通信领域中应用的范围比较广。系统的整体结构通过传感器节点、路由器节点、协调器节点和带有内置ZigBee模块的服务器组成，环境数据是通过传感器节点1、2、3等收集的。收集的数据可以通过传感器节点1和3传递到路由器，或者可以直接传递数据。发送并传递到路由器将路由器发送到协调器，最后通过网络将协调器发送到服务器，并且可以根据检测区域的大小和布局来修改传感器的数量和位置。
如果区域的范围较大，则需要增加传感器的数量，并且服务器能够实时对检测环境的数据进行显示，可以对服务器进行配置路由器、协调器和传感器节点。
（2）协调器结点的设计
协调器节点由电源模块、时钟模块、按钮模块、天线等组件组成。系统首先要完成整个网络的初始化和网络组网。通过RS232通信接口实现连接，满足主机的通信要求以及进行通信数据接收系统协调器需要通过3V通用电池进行供电，具备单个功能模块的低能耗优势。系统中每个节点需要的电压范围是在2.0V至3.3V之间，能够节约普通电池。系统中的有一部分的电路需要的电压只需要1.8V，通过进行电压转换可以完成对电池的输出电压。运用CC2530芯片可以实现电源的需求，确保对应的输出电流达到1A。设置的时钟模块，可以为CC2530芯片提供所需的不同的时钟频率。两个时钟频率各为32MHz，主要供CC2530芯片使用，保证其正常工作，在32.768kHz频率中，能耗是最低的，在此频率率下运行CC2530芯片模式，可以加大的减少CC2530芯片的消耗。系统天线运用鞭状额天线，具备可靠性高、方向性好的优势。通过CC2530芯片的协调器可以设置成发送状态和接收状态两种模式。在发送状态中，协调器的运行流程是：对协调器进行初始化，检查所需通道是否空闲，然后释放协调器，缓冲区已准备好发送数据，传输请求需要添加到相应的队列中。
（3）传感器的设计
传感器位于系统的基本位置，负责收集室内数据，并通过网络将收集到的数据发送到系统的服务器，方便后期的运用。传感器的操作流程：启动系统，进行初始化，对于系统中的传感器节点需要恢复到初始化的状态，传感器节点开始工作，从时钟的激发状态收集数据，然后进行A/D的转换，转换完成后，数据通过网络传送到系统的服务器中。系统的传感器节点可以分为：传感器借点、信号动态调整借点。传感器节点的传感器模块负责收集光和温度等数据，信号动态调整模块负责动态调整信号强度。
（4）实验测试
通过实践对系统进行仿真测试，以充分掌握系统性能等指标，测试内容主要是数据的收集、整理、分析，如，数量与网络传输之间存在的延迟问题，仿真实验平台属于软件系统，可以模拟创建终端节点，拓扑网络、通信模型等。实时室内监控系统网络报文传输时延实验是网络中实时室内监控系统数据报文的传输时延与数据报文数之间的关系。当网络数据的数量在50左右时，网络延迟的时间最少；网络数据的数量达到400时，网络延迟的时间最长；随着数据数量的不断增加，网络延迟的时间也在不断的增加，但增加幅度在可接受的范围内。同一传感器在不同时间收集的温度将发生变化。同时，将不同的传感器放置在不同的位置，并且收集的温度数据也不同。
结语
为了完成无线电对环境的实时在线监测，研发了通过ZigBee无线传感器网络进行实时在线监测系统，可以对检测的环境进行实时的温度、湿度、甲醛浓度、光度等数据进行收集。运用传感器节点进行网络传输到服务器中。该系统具有实时监控功能强大，系统能耗低以及可通过网络进行远程操作的优点。通过这些功能，可以实现环境数据的实时监控，可以保证人们所处环境的可靠性和健康性，减少暴露在有害环境中的感染风险。
参考文献
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