基于ZigBee_技术的家居空气质量检测系统
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按键电路和 LCD 显示电路。
总的来说,CC2530 最小系统具有丰富的功能和
灵活的扩展性,适用于无线传感器网络等 [5] 。
3 系统软件设计
3. 1 Z -STACK 协议栈
Z -STACK 是一种用于 ZigBee 网络的协议栈。 它
提供了各层协议的具体实现和接口。 TI 公司的 Z STACK 协议栈是针对 CC2530 开发的 ZigBee 协议栈,
中图分类号:TN830 文献标志码:A
0 引言
随着经济的快速发展,人们对于生活环境的要求
不断提高。 以 CO 和甲醛为主要成分的有害气体对
家庭环境的影响最大。 比如,空气中的甲醛只要达到
30 mg / m 2 就可致人立即死亡,厨房中的 CO 是引发火
灾的一大安全隐患。 所以能够快速便捷地检测出这
Key words TCMS terminal system logic control fault diagnosis
( 上接第 23 页)
Indoor air quality monitoring system based on ZigBee technology
系统;项目编号:202313571047Y。
作者简介:阮钶宇(2003— ) ,男,浙江绍兴人,本科生;研究方向:电子信息工程。
— 21 —
第 23 期
2023 年 12 月
无线互联科技·智能控制
No. 23
December,2023
图 1 系统基本功能
耦电容电路。 复位电路用于确保系统稳定工作,CC
计[J]. 湖南工业职业技术学院学报,2021(1):73-77.
— 23 —
( 编辑 姚 鑫)
( 下转第 27 页)
第 23 期
2023 年 12 月
无线互联科技·智能控制
No. 23Βιβλιοθήκη December,2023
Design of rail vehicle technology TCMS terminal system simulation device
工作环境温度范围宽、功耗低、高速处理能力、抗干扰
能力强等。 它的引脚功能包括模拟电源引脚、数字电
源引脚、地线引脚以及多个数字和模拟 I / O 口。
2. 3 检测板和接收板模块介绍
接收板和检测板是对 CC2530 最小系统进行扩展
的模块。 检测板包括温湿度传感器、 甲醛传感器和
CO 传感器,用于数据采集和无线传输。 接收板包括
ZigBee 的节点不止一个,将包含传感器的一个或多个
节点放置于检测点,收集室内的 CO、甲醛、温湿度参
数值,节点数量越多,对空气的污染参数检测数据越
多,用户的体验就越好。
本设计不需要连接电脑,也无需编写上位机程
序,只要利用接收板的 CC2530 芯片对数字信息进行
处理,再通过软件算法将参数值进行换算并与设置阈
芯片的 8 倍,具有丰富的中断源和中断控制器,不仅
具有 8 kB 的 SRAM 和 32 ~ 256 kB 的闪存块,还集成
了 IEEE 802. 15. 4 相兼容的无线收发器 [4] 。
2. 1 CC2530 最小系统设计
该系统的核心部分包括复位电路、晶振电路和去
基金项目:2023 年江苏省高校大学生创新创业训练项目;项目名称:基于 ZigBee 技术的家居空气质量检测
[3] 郑淼淼. 无线传感器网络室内空气质量检测系统
[ J] . 电脑知识与技术,2021(26) :45 - 46,49.
[4] 张瑛瑛,朱双东,丁鑫. 基于 ZigBee 的数据采集系
统[J]. 宁波大学学报(理工版),2009(3):313-316.
[5] 潘晓贝. 基于 ZigBee 的家居环境监测系统硬件设
液晶显示模块、按键模块和报警模块,用于人机交互
和显示环境信息。 液晶显示模块采用 SPI 接口;按键
模块通过单独的按键与 CC2530 连接;报警模块通过
蜂鸣器实现警报功能。
整个系统的硬件电路包括核心板电路和外围模
块电路。 核心板电路包括 CC2530 最小系统和降压电
路;外围模块电路包括 USB 转 TTL 电路、报警电路、
等工作,需要持续地对监测系统进行更新和完善,利
用高效率的功能模块和可视化操作界面来实现良好
的人机交互功能,进而使用户对家庭环境监测的个性
化要求得到满足。
本研究设计的家用空气质量检测系统目标包括:
数据传输速率快,实时报警和刷新液晶屏显示内容,
即延时长,传输容量小,功耗低,抗干扰能力强,支持
电池供电。 技术指标包括污染气体参数、测量精度、
类气体非常重要。 随着物联网技术的迅猛发展,人们
在解决这类问题时有了更多的方法。
1 家居空气质量检测系统设计
1. 1 总体设计
家用空气质量检测系统测量的类型不能单一,至
少应包含温湿度检测、可燃气体检测和甲醛气体的检
测。 系统应尽可能从多方面分析家居空气质量,提高
其实用性。
要想有效地开展系统开发、设备控制、数据处理
警,用户不用时刻盯着液晶屏,一旦检测数值超出阈
值,系统就会产生蜂鸣报警, 提醒用户采取措施 [2] 。
系统基本功能如图 1 所示 [3] 。
根据系统的环境监测功能需求分析,本系统性能
至少做到以下几点:(1) 室内 10 m 检测范围内精确快
速响应,确保污染气体浓度检测精度符合家用级的标
准。 (2) 液晶显示与蜂鸣器报警处于随时应答状态。
无线传输距离、工作范围等。 该系统利用 ZigBee 无
线传输技术发送节点信息至接收板,使系统具有灵活
性、易操作性及拓展便捷性 [1] 。
1. 2 功能设计
增强用户体验一直是本设计关注的重点。 倘若
用户想要对多个检测点进行参数检测,只需依据星形
拓扑 扩 展 ZigBee 的 节 点, 增 加 传 感 器 即 可。 通 常
(3) 无线通信传输保持稳定传输状态,具有较好的稳
定性。
2 系统硬件设计
本设计主要使用了 CC2530 芯片。 CC2530 是一
个多模无线 SoC 芯片,具有 CPU 与内存模块、外围设
备、时钟与电源管理模块以及无线信号收发模块。 该
芯片基于工业标准的 8051CPU,其性能是普通 8051
块测试中,通过记录不同时间段的温度和湿度值,验证
系统的准确性和响应能力。 甲醛模块测试则利用 MQ 138 传感器,测试甲醛含量在不同场景下的数值以及开
窗透气对甲醛含量的影响。 CO 模块测试通过 CO 传
感器检测不同地点的 CO 含量,包括卧室、厨房和户
外的测试结果。 最后,报警与按键模块测试涉及调整
Zhu Honggang Yu Haining
Faculty of Locomotive& Rolling Stock Kunming Railway Vocational and Technical College
Kunming 650208 China
Abstract Aiming at the fault diagnosis and treatment of urban rail vehicles this paper gives the design
功能函数来构建自己的网络。 协议栈已经被封装好,
用户只需了解函数参数的含义并根据需求调用相应
的函数。
在协调器程序设计中,调用网络组建函数和轮转
系统任务,实现按键程序和报警程序。 作为网络核心
的协调器负责建网和初始化模块。 按键程序与报警
程序是实现具体功能的关键。
在终端程序设计方面,终端设备主要负责传感器
阈值和模拟污染场景,观察液晶显示屏上的阈值变化
以及接收板和检测板的蜂鸣器是否会触发报警。 通
过这些测试,验证了硬件系统的功能和性能。
5 结语
本文提出一种高效可行的基于 ZigBee 技术的家居
空气质量检测系统设计方案。 通过实践检验,该系统
能够精确测量并获取室内有害气体信息,实时传递数
据到监测设备,实现了家居环境智能化监测。 该系统
数据的收集和处理。 以温湿度传感器和甲醛传感器
为例,本文介绍了其工作原理和程序设计流程,同时
也提到了 AD 转换的过程和数据传输的方式。
总体而言,本文通过阐述 Z - STACK 协议栈的使
用和 CC2530 上的应用以及对协议栈与应用程序设计
的讲解,为软件设计提供了参考与启发,对系统性能
和可行性具有重要影响。
量检测系统,可以检测温湿度、CO 和甲醛等参数。 该系统由数据采集模块、主控制模块、报警模块和液晶
显示模块组成。 系统中的 2 个 CC2530 ZigBee 芯片分别作为协调器和终端与传感器及其他硬件模块配合
工作。 该系统可以实时监测和显示室内空气质量,对空气质量变化进行预警,实现家居环境监测。
关键词:空气质量监测;ZigBee;CC2530;无线传感网络
用于 构 建 无 线 网 络。 Z - STACK 工 作 流 程 如 图 3
所示。
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第 23 期
2023 年 12 月
无线互联科技·智能控制
No. 23
December,2023
图 3 Z-STACK 工作流程
3. 2 协调器和终端程序设计
在 Z - STACK 应用程序中,用户通过调用不同的
4 系统测试
节点入网和传感器模块测试主要描述了节点入网
测试和传感器模块测试的过程。 首先,节点入网测试
阐述了检测板和接收板的供电情况以及协调器组网的
指示灯 闪 烁 和 液 晶 显 示 屏 显 示 协 调 器 唯 一 地 址 符
(PAN ID)的情况。 其次,传感器模块测试涵盖了温湿
度模块、甲醛模块和 CO 模块的性能测试。 在温湿度模
测量精准、实时性好、价格低廉,与传统监测系统相比
具有显著优势,显示出较好的应用价值,具有推广应用
的前景。
参考文献
[1] 史利东. 基于数据融合的智能家居环境监测系统
研究与设计[ D] . 太原:太原科技大学,2021.
[2] 李俊斌,胡永忠. 基于 CC2530 的 ZigBee 通信网络
的应用设计[ J] . 电子设计工程,2011(16) :108 - 111.
值一一比对,即可了解空气质量,大大简化了用户操
控步骤。 本设计采用 ZigBee 的无线传输技术,将节
点处的信息发送至接收板。 用户只要将检测板和接
收板保持在传输范围内,就可以任意摆放系统的位
置,做到检测地点和观测地点的随意变动。 接收端扩
展有彩色液晶屏,用于实时显示处理后的数据,以图
像加文字直观地展示给用户。 本系统还安装蜂鸣报
elimination makes up for the lack of research on vehicle fault diagnosis and treatment and provides platform support
for the technical events of rail vehicles.
第 23 期
2023 年 12 月
无线互联科技
Wireless Internet Science and Technology
No. 23
December,2023
基于 ZigBee 技术的家居空气质量检测系统
阮钶宇,陆秋艺,陈国俊
( 无锡太湖学院 物联网工程学院,江苏 无锡 214064)
摘要:为解决家居环境中的有毒气体对健康的潜在危害,文章设计了一套基于 ZigBee 技术的家居空气质
development verification and maintenance of the simulation device based on TCMS terminal system which realizes the
interface to the train network system the logical control of the on -board electrical control system fault diagnosis and
2530 为低电平复位有效。 晶振电路为系统提供频率基
准,CC2530 支持多个晶振选项,包括内部晶振和外部
石英晶振。 去耦电容电路用于降低电源电压波动对电
路的影响。 CC2530 典型应用关系如图 2 所示。
图 2 CC2530 典型应用关系
2. 2 CC2530 优良特性
CC2530 具有优良的特性,包括供电电压范围广、
总的来说,CC2530 最小系统具有丰富的功能和
灵活的扩展性,适用于无线传感器网络等 [5] 。
3 系统软件设计
3. 1 Z -STACK 协议栈
Z -STACK 是一种用于 ZigBee 网络的协议栈。 它
提供了各层协议的具体实现和接口。 TI 公司的 Z STACK 协议栈是针对 CC2530 开发的 ZigBee 协议栈,
中图分类号:TN830 文献标志码:A
0 引言
随着经济的快速发展,人们对于生活环境的要求
不断提高。 以 CO 和甲醛为主要成分的有害气体对
家庭环境的影响最大。 比如,空气中的甲醛只要达到
30 mg / m 2 就可致人立即死亡,厨房中的 CO 是引发火
灾的一大安全隐患。 所以能够快速便捷地检测出这
Key words TCMS terminal system logic control fault diagnosis
( 上接第 23 页)
Indoor air quality monitoring system based on ZigBee technology
系统;项目编号:202313571047Y。
作者简介:阮钶宇(2003— ) ,男,浙江绍兴人,本科生;研究方向:电子信息工程。
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第 23 期
2023 年 12 月
无线互联科技·智能控制
No. 23
December,2023
图 1 系统基本功能
耦电容电路。 复位电路用于确保系统稳定工作,CC
计[J]. 湖南工业职业技术学院学报,2021(1):73-77.
— 23 —
( 编辑 姚 鑫)
( 下转第 27 页)
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2023 年 12 月
无线互联科技·智能控制
No. 23Βιβλιοθήκη December,2023
Design of rail vehicle technology TCMS terminal system simulation device
工作环境温度范围宽、功耗低、高速处理能力、抗干扰
能力强等。 它的引脚功能包括模拟电源引脚、数字电
源引脚、地线引脚以及多个数字和模拟 I / O 口。
2. 3 检测板和接收板模块介绍
接收板和检测板是对 CC2530 最小系统进行扩展
的模块。 检测板包括温湿度传感器、 甲醛传感器和
CO 传感器,用于数据采集和无线传输。 接收板包括
ZigBee 的节点不止一个,将包含传感器的一个或多个
节点放置于检测点,收集室内的 CO、甲醛、温湿度参
数值,节点数量越多,对空气的污染参数检测数据越
多,用户的体验就越好。
本设计不需要连接电脑,也无需编写上位机程
序,只要利用接收板的 CC2530 芯片对数字信息进行
处理,再通过软件算法将参数值进行换算并与设置阈
芯片的 8 倍,具有丰富的中断源和中断控制器,不仅
具有 8 kB 的 SRAM 和 32 ~ 256 kB 的闪存块,还集成
了 IEEE 802. 15. 4 相兼容的无线收发器 [4] 。
2. 1 CC2530 最小系统设计
该系统的核心部分包括复位电路、晶振电路和去
基金项目:2023 年江苏省高校大学生创新创业训练项目;项目名称:基于 ZigBee 技术的家居空气质量检测
[3] 郑淼淼. 无线传感器网络室内空气质量检测系统
[ J] . 电脑知识与技术,2021(26) :45 - 46,49.
[4] 张瑛瑛,朱双东,丁鑫. 基于 ZigBee 的数据采集系
统[J]. 宁波大学学报(理工版),2009(3):313-316.
[5] 潘晓贝. 基于 ZigBee 的家居环境监测系统硬件设
液晶显示模块、按键模块和报警模块,用于人机交互
和显示环境信息。 液晶显示模块采用 SPI 接口;按键
模块通过单独的按键与 CC2530 连接;报警模块通过
蜂鸣器实现警报功能。
整个系统的硬件电路包括核心板电路和外围模
块电路。 核心板电路包括 CC2530 最小系统和降压电
路;外围模块电路包括 USB 转 TTL 电路、报警电路、
等工作,需要持续地对监测系统进行更新和完善,利
用高效率的功能模块和可视化操作界面来实现良好
的人机交互功能,进而使用户对家庭环境监测的个性
化要求得到满足。
本研究设计的家用空气质量检测系统目标包括:
数据传输速率快,实时报警和刷新液晶屏显示内容,
即延时长,传输容量小,功耗低,抗干扰能力强,支持
电池供电。 技术指标包括污染气体参数、测量精度、
类气体非常重要。 随着物联网技术的迅猛发展,人们
在解决这类问题时有了更多的方法。
1 家居空气质量检测系统设计
1. 1 总体设计
家用空气质量检测系统测量的类型不能单一,至
少应包含温湿度检测、可燃气体检测和甲醛气体的检
测。 系统应尽可能从多方面分析家居空气质量,提高
其实用性。
要想有效地开展系统开发、设备控制、数据处理
警,用户不用时刻盯着液晶屏,一旦检测数值超出阈
值,系统就会产生蜂鸣报警, 提醒用户采取措施 [2] 。
系统基本功能如图 1 所示 [3] 。
根据系统的环境监测功能需求分析,本系统性能
至少做到以下几点:(1) 室内 10 m 检测范围内精确快
速响应,确保污染气体浓度检测精度符合家用级的标
准。 (2) 液晶显示与蜂鸣器报警处于随时应答状态。
无线传输距离、工作范围等。 该系统利用 ZigBee 无
线传输技术发送节点信息至接收板,使系统具有灵活
性、易操作性及拓展便捷性 [1] 。
1. 2 功能设计
增强用户体验一直是本设计关注的重点。 倘若
用户想要对多个检测点进行参数检测,只需依据星形
拓扑 扩 展 ZigBee 的 节 点, 增 加 传 感 器 即 可。 通 常
(3) 无线通信传输保持稳定传输状态,具有较好的稳
定性。
2 系统硬件设计
本设计主要使用了 CC2530 芯片。 CC2530 是一
个多模无线 SoC 芯片,具有 CPU 与内存模块、外围设
备、时钟与电源管理模块以及无线信号收发模块。 该
芯片基于工业标准的 8051CPU,其性能是普通 8051
块测试中,通过记录不同时间段的温度和湿度值,验证
系统的准确性和响应能力。 甲醛模块测试则利用 MQ 138 传感器,测试甲醛含量在不同场景下的数值以及开
窗透气对甲醛含量的影响。 CO 模块测试通过 CO 传
感器检测不同地点的 CO 含量,包括卧室、厨房和户
外的测试结果。 最后,报警与按键模块测试涉及调整
Zhu Honggang Yu Haining
Faculty of Locomotive& Rolling Stock Kunming Railway Vocational and Technical College
Kunming 650208 China
Abstract Aiming at the fault diagnosis and treatment of urban rail vehicles this paper gives the design
功能函数来构建自己的网络。 协议栈已经被封装好,
用户只需了解函数参数的含义并根据需求调用相应
的函数。
在协调器程序设计中,调用网络组建函数和轮转
系统任务,实现按键程序和报警程序。 作为网络核心
的协调器负责建网和初始化模块。 按键程序与报警
程序是实现具体功能的关键。
在终端程序设计方面,终端设备主要负责传感器
阈值和模拟污染场景,观察液晶显示屏上的阈值变化
以及接收板和检测板的蜂鸣器是否会触发报警。 通
过这些测试,验证了硬件系统的功能和性能。
5 结语
本文提出一种高效可行的基于 ZigBee 技术的家居
空气质量检测系统设计方案。 通过实践检验,该系统
能够精确测量并获取室内有害气体信息,实时传递数
据到监测设备,实现了家居环境智能化监测。 该系统
数据的收集和处理。 以温湿度传感器和甲醛传感器
为例,本文介绍了其工作原理和程序设计流程,同时
也提到了 AD 转换的过程和数据传输的方式。
总体而言,本文通过阐述 Z - STACK 协议栈的使
用和 CC2530 上的应用以及对协议栈与应用程序设计
的讲解,为软件设计提供了参考与启发,对系统性能
和可行性具有重要影响。
量检测系统,可以检测温湿度、CO 和甲醛等参数。 该系统由数据采集模块、主控制模块、报警模块和液晶
显示模块组成。 系统中的 2 个 CC2530 ZigBee 芯片分别作为协调器和终端与传感器及其他硬件模块配合
工作。 该系统可以实时监测和显示室内空气质量,对空气质量变化进行预警,实现家居环境监测。
关键词:空气质量监测;ZigBee;CC2530;无线传感网络
用于 构 建 无 线 网 络。 Z - STACK 工 作 流 程 如 图 3
所示。
— 22 —
第 23 期
2023 年 12 月
无线互联科技·智能控制
No. 23
December,2023
图 3 Z-STACK 工作流程
3. 2 协调器和终端程序设计
在 Z - STACK 应用程序中,用户通过调用不同的
4 系统测试
节点入网和传感器模块测试主要描述了节点入网
测试和传感器模块测试的过程。 首先,节点入网测试
阐述了检测板和接收板的供电情况以及协调器组网的
指示灯 闪 烁 和 液 晶 显 示 屏 显 示 协 调 器 唯 一 地 址 符
(PAN ID)的情况。 其次,传感器模块测试涵盖了温湿
度模块、甲醛模块和 CO 模块的性能测试。 在温湿度模
测量精准、实时性好、价格低廉,与传统监测系统相比
具有显著优势,显示出较好的应用价值,具有推广应用
的前景。
参考文献
[1] 史利东. 基于数据融合的智能家居环境监测系统
研究与设计[ D] . 太原:太原科技大学,2021.
[2] 李俊斌,胡永忠. 基于 CC2530 的 ZigBee 通信网络
的应用设计[ J] . 电子设计工程,2011(16) :108 - 111.
值一一比对,即可了解空气质量,大大简化了用户操
控步骤。 本设计采用 ZigBee 的无线传输技术,将节
点处的信息发送至接收板。 用户只要将检测板和接
收板保持在传输范围内,就可以任意摆放系统的位
置,做到检测地点和观测地点的随意变动。 接收端扩
展有彩色液晶屏,用于实时显示处理后的数据,以图
像加文字直观地展示给用户。 本系统还安装蜂鸣报
elimination makes up for the lack of research on vehicle fault diagnosis and treatment and provides platform support
for the technical events of rail vehicles.
第 23 期
2023 年 12 月
无线互联科技
Wireless Internet Science and Technology
No. 23
December,2023
基于 ZigBee 技术的家居空气质量检测系统
阮钶宇,陆秋艺,陈国俊
( 无锡太湖学院 物联网工程学院,江苏 无锡 214064)
摘要:为解决家居环境中的有毒气体对健康的潜在危害,文章设计了一套基于 ZigBee 技术的家居空气质
development verification and maintenance of the simulation device based on TCMS terminal system which realizes the
interface to the train network system the logical control of the on -board electrical control system fault diagnosis and
2530 为低电平复位有效。 晶振电路为系统提供频率基
准,CC2530 支持多个晶振选项,包括内部晶振和外部
石英晶振。 去耦电容电路用于降低电源电压波动对电
路的影响。 CC2530 典型应用关系如图 2 所示。
图 2 CC2530 典型应用关系
2. 2 CC2530 优良特性
CC2530 具有优良的特性,包括供电电压范围广、