一種基于Zigbee無線通信技術(shù)的分層異構(gòu)空氣質(zhì)量實時監(jiān)測模型的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無線通信和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于Zigbee無線通信技術(shù)的分層異構(gòu)空氣質(zhì)量實時監(jiān)測模型。
【背景技術(shù)】
[0002]Zigbee是部署無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)。它是一種短距離，低速率無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)和BlutTooth(藍牙)之間的技術(shù)提案。
[0003]大氣是人類賴以生存的必要條件，潔凈的大氣有利于人類的健康和生物的進化，但是，近年來，隨著工業(yè)的發(fā)展，大量有害物質(zhì)被排放到空氣中，改變了空氣的正常組成，使空氣質(zhì)量變壞。因此，空氣污染已經(jīng)成為制約北京市乃至整個中國可持續(xù)發(fā)展的一個巨大阻礙，如何監(jiān)測并控制空氣污染已經(jīng)成為國民經(jīng)濟發(fā)展迫切需要解決的重大課題。針對這一問題，結(jié)合當(dāng)前先進的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，開展了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的空氣質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)、算法以及系統(tǒng)設(shè)計研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述問題，本發(fā)明采用Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本，低功耗和遠距離的無線通信。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:基于Zigbee無線通信技術(shù)的分層異構(gòu)空氣質(zhì)量實時監(jiān)測模型，該模型包括空氣質(zhì)量監(jiān)測模塊、路由節(jié)點、匯聚節(jié)點、物數(shù)據(jù)處理中心、物數(shù)據(jù)定價模型、物數(shù)據(jù)顯示與交易平臺；該類網(wǎng)絡(luò)適用于采集點需多點密集部署的網(wǎng)絡(luò)。
[0006]多個空氣質(zhì)量監(jiān)測節(jié)點自組網(wǎng)通過路由節(jié)點與匯聚節(jié)點無線連接，通過串口將空氣污染參數(shù)上傳到物數(shù)據(jù)處理中心，根據(jù)物數(shù)據(jù)定價模型對空氣污染參數(shù)定價，并將空氣污染參數(shù)推送至物數(shù)據(jù)顯示與交易平臺定價交易；
[0007]所述空氣質(zhì)量監(jiān)測模塊，用于空氣污染參數(shù)信息的監(jiān)測，獲得不同區(qū)域內(nèi)的污染物的含量；
[0008]所述路由節(jié)點，完成終端節(jié)點之間的組網(wǎng)，增大zigbee模塊的覆蓋范圍；
[0009]所述匯聚節(jié)點，接收無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的空氣污染參數(shù)，并負責(zé)與物數(shù)據(jù)處理中心模塊通信；
[0010]所述物數(shù)據(jù)處理中心，用于實時處理傳感器模塊收集到的空氣污染參數(shù)；
[0011]所述物數(shù)據(jù)定價模型，根據(jù)不同影響因素的作用，確定定價模型并以此為物數(shù)據(jù)給出具體定價；
[0012]所述物數(shù)據(jù)顯示與交易平臺，對部分已定價的物數(shù)據(jù)進行交易。
[0013]所述的空氣質(zhì)量監(jiān)測模塊包含MQ135、PM2.5傳感器和CC2530。MQ135傳感器、PM2.5傳感器與CC2530通過普通I/O 口連接。MQ135傳感器、PM2.5傳感器根據(jù)空氣質(zhì)量輸出pwm脈沖，并通過統(tǒng)計脈沖信號計算當(dāng)前的空氣污染參數(shù)。
[0014]所述的路由節(jié)點由CC2530和、PA功放模塊RFX2401C和太陽能電池板；PA模塊通過放大放射功率增大數(shù)據(jù)的傳輸距離，太陽能電池板提供續(xù)航。
[0015]所述的匯聚節(jié)點由CC2530和USB轉(zhuǎn)串口模塊CH341組成；匯聚節(jié)點通過串口將空氣污染參數(shù)傳至物數(shù)據(jù)處理中心。
[0016]所述的物數(shù)據(jù)處理中心模塊包括空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的處理和儲存，空氣質(zhì)量數(shù)據(jù)的處理和儲存采用jsp+mysql技術(shù)。
[0017]定價模型由物數(shù)據(jù)獲取的時間性，物數(shù)據(jù)獲取的空間性，物數(shù)據(jù)獲取的密集度，物數(shù)據(jù)的內(nèi)在成本，物數(shù)據(jù)的私密性，物數(shù)據(jù)的傳播速度因素確定。
[0018]物數(shù)據(jù)顯示與交易平臺包括數(shù)據(jù)監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)交易、優(yōu)化模型各豐吳塊。
[0019]該模型擁有采集環(huán)境參數(shù)，計算和處理數(shù)據(jù)，并具有低成本低功耗的特點。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果:
[0020]1.本發(fā)明可同時實時采集多種空氣質(zhì)量參數(shù)(包括二氧化硫濃度，氮氧化物濃度，粉塵濃度等)，并且可以同時采集室內(nèi)和室外空氣質(zhì)量參數(shù)，數(shù)據(jù)采集覆蓋范圍廣，不受地理環(huán)境約束。
[0021]2.數(shù)據(jù)通信能力強，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣。節(jié)點設(shè)備的Zigbee無線通信模塊采用CC2430\CC2530射頻芯片，并且在路由節(jié)點添加PA功放模塊RFX2401C，有效的延長了信息傳輸距離，降低了信號衰減。
[0022]3.節(jié)點設(shè)備運行功耗低，節(jié)點設(shè)備的軟硬件系統(tǒng)均采用了節(jié)能低功耗設(shè)計技術(shù)，并且在耗能量較高的路由節(jié)點和路由節(jié)點處添加太陽能板，有效延長了節(jié)點的工作時間和壽命O
[0023]4.實時處理并發(fā)布區(qū)域空氣質(zhì)量，并且將長期的環(huán)境參數(shù)存儲至監(jiān)測中心的數(shù)據(jù)庫，方便用戶監(jiān)測與分析。
[0024]5.提出物數(shù)據(jù)定價模型，將數(shù)據(jù)價格量化，可將物數(shù)據(jù)的進行交易，因而產(chǎn)生巨大經(jīng)濟效益。
【附圖說明】
[0025]圖1本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026]圖2本發(fā)明信息傳輸格式。
[0027]
【具體實施方式】
[0028]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
[0029]如圖1所示，基于Zigbee無線通信技術(shù)的分層異構(gòu)空氣質(zhì)量實時監(jiān)測模型包含基于物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測終端模塊、信息傳輸模塊、物數(shù)據(jù)處理與交易模塊。
[0030]基于物聯(lián)網(wǎng)的空氣質(zhì)量監(jiān)測模塊主要包含MQ135傳感器和PM2.5傳感器。傳感器的型號如下:MQ135氣體傳感器(工作電壓為5.0V+-0.1V，回路電壓小于24V，加熱功耗小于900Mw，工作環(huán)境溫度范圍為-10攝氏度到50攝氏度，儲存溫度為-20攝氏度到70攝氏度，相對濕度為小于95% RH,適用范圍為10-1000ppm)MQ135使用的氣敏材料是在清潔空氣中導(dǎo)電率較低的二氧化錫(SnO2)。當(dāng)空氣中的污染物濃度逐漸增大，其導(dǎo)電率也增大，輸出低電平，當(dāng)空氣潔凈時，輸出高電平。MQ135傳感器對氨氣、硫化物、苯系蒸汽的靈敏度高，對煙霧和其它有害的監(jiān)測也很理想。這種傳感器可檢測多種有害氣體，是一款適合多種應(yīng)用的低成本傳感器。PM2.5傳感器(工作電壓5.0+-0.5V，輸出方式PWM脈寬調(diào)制，輸出電壓有污染物時為低電平小于1.0V，空氣潔凈時為高電平高于4.0V，最小粒子檢測能力為lum，檢測范圍為15000個/283ml，工作電流為90mA，儲存溫度范圍-20攝氏度到80攝氏度，工作環(huán)境溫度范圍為-10攝氏度到60攝氏度，穩(wěn)定時間為加熱器電源接通后約I分鐘)采用離子計數(shù)原理，可靈敏檢測直徑為I微米以上的離子，內(nèi)置加熱器可實現(xiàn)自動吸入空氣，并且尺寸小，重量輕，容易安裝使用。
[0031]信息傳輸模塊之路由節(jié)點采用無線傳感網(wǎng)為核心技術(shù)，使用ZigBee協(xié)議傳輸信息，其核心芯片為CC2430\CC2530射頻芯片(采用高性能和