基于AVR和ZigBee技術的工業園區環境監測系統

三、方案設計

3.1 系統功能實現原理

下面為該系統實現的硬件功能結構框圖：

圖2 系統硬件結構框圖

3.2 硬件平臺選用及資源配置

在整個硬件平臺的設計中，節能是一個重要因素，它決定著傳感器網絡的壽命。當節點目前沒有傳感任務并且不需要為其他節點轉發數據時，調節節點的無線通信模塊、數據采集模塊進入休眠狀態以節省能耗。同時為控制子節點選擇合適的地點，提供較充足的能源，以便延長節點使用壽命，提高監測預警系統的有效性。

3.2.1節點組成

節點主要由四部分組成：包括數采控制單元、微處理單元、無線通信單元、供電單元，見下圖：

圖3 節點組成圖示

1 、數采控制單元

數采控制單元主要負責實現數據信息的采集，本系統采用的多數傳感器集成了單片機和ADＣ模塊，可以直接輸出數字量。

（1）數字溫濕度傳感器

數字式溫濕度傳感器是把溫度和濕度，通過溫、濕度敏感元件和相應電子電路轉換成易于采集和讀取的數字信號的傳感器。本項目擬采用SHT10傳感器來完成溫、濕度的采集。SHT10是Sensirion公司推出的新型集成數字式溫、濕度傳感器。該傳感器采用CMOSens專利技術生產，具有超小體積（表面貼裝）、響應速度快、接口簡單、性價比高等特點，且其相對濕度和溫度的測量兼有露點輸出；功耗低，能自動休眠；長期穩定性非常出色。適合本項目的開發。其功能引腳圖如下（圖4）

圖4 SHT10引腳圖

引腳說明及接口電路：

①電源引腳（VDD、GND）

SHT10的供電電壓為2.4V～5.5V。傳感器上電后，它從“休眠”狀態恢復過來。在此期

間不發送任何指令。電源引腳（VDD和GND）之間可增加1個100nF的電容器，用于去耦濾波。

②串行接口

SHT10的兩線串行接口（bidirectional 2-wire）在傳感器信號讀取和電源功耗方面都做了優化處理，其總線類似I2C總線但并不兼容I2C總線。（圖4中為2、3接口）

（2）二氧化碳濃度傳感器

①CDM4161簡介

CDM4161是費加羅公司生產的一種CO2氣體濃度測試模塊， 其在空氣中對CO2有很高的選擇性，CO2濃度的測量范圍為400～4000 ppm，對一氧化碳和甲烷等氣體不敏感，CDM4161內部集成的單片機可對傳感器采集到的信號處理和自動校準，以使其輸出的電平值與CO2氣體的濃度保持良好的線性關系.有別于固態或者液態電解質氣體傳感器，CDM4161是利用半導體材料的各種化學特性將空氣中含有的特定氣體(即待測氣體)以適當的電信號檢測和定量的器件。其優點是靈敏度高、響應速度快、體積小、壽命長、便于集成化、智能化，同時能使檢測轉換一體化.因此，項目選用CDM4161來完成對二氧化碳濃度的實時采集轉換一體化。

圖5

②CDM4161的工作原理

CDM4161對外提供5個引腳（圖5），其引腳的功能描述如表一所示

表一 CDM4161引腳功能表

工作時CDM4161引腳l接+5 V電源，引腳2輸出電壓范圍0.4～4 V，相當于CO2氣體濃度范圍為400～4 000 ppm。隨監測到CO2濃度的高低變化，引腳3相應輸出高、低電平可以控制外部通風設備。引腳4在傳感器故障時輸出低電位，可通過該引腳連接蜂鳴器．以及時監測CDM4161工作狀態。