袁新顏（江蘇商貿(mào)職業(yè)學(xué)院，江蘇南通，226011）

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基于ZIGBEE的智能旅館環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

袁新顏
（江蘇商貿(mào)職業(yè)學(xué)院，江蘇南通，226011）

摘要：基于ZIGBEE無線通信技術(shù)設(shè)計(jì)了智能旅館環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要包括傳感器節(jié)點(diǎn)、ZigBee協(xié)調(diào)器、上位機(jī)、Android手機(jī)終端。通過實(shí)驗(yàn)證明了該系統(tǒng)的可行性，旅客可以通過手機(jī)APP實(shí)時(shí)監(jiān)測旅館房間內(nèi)的環(huán)境狀態(tài)。

關(guān)鍵詞：ZIGBEE技術(shù)；智能旅館；上位機(jī)

近年來物聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為全球關(guān)注的熱點(diǎn)領(lǐng)域，被認(rèn)為是繼互聯(lián)網(wǎng)之后最重大的科技創(chuàng)新之一。物聯(lián)網(wǎng)加速了全民信息化、企業(yè)信息化和政府信息化的進(jìn)程，改變了人們的生活方式，對居住環(huán)境的監(jiān)測正越來越受到人們的重視，智能旅館應(yīng)運(yùn)而生。相繼出現(xiàn)了多種短距離無線通信技術(shù)，如藍(lán)牙、IrDA， Wi-Fi， UWB，NFC，ZigBee等。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)ZigBee技術(shù)和智能旅館的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)的智能旅館環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)主要由各種傳感器節(jié)點(diǎn)、ZigBee協(xié)調(diào)器、上位機(jī)、Android手機(jī)終端組成。系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)圖

旅館房間內(nèi)的ZigBee節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)對環(huán)境狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，采集到的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)由無線傳感網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸交由到ZigBee協(xié)調(diào)器，ZigBee協(xié)調(diào)器經(jīng)過串口將數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)，上位機(jī)負(fù)責(zé)對無線傳感網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、顯示和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。上位機(jī)和Android移動終端之間使用wi-fi方式通訊。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的硬件部分主要包括用于數(shù)據(jù)采集的傳感器模塊、用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)臒o線傳感網(wǎng)絡(luò)ZigBee模塊和數(shù)據(jù)處理的協(xié)調(diào)器模塊。本系統(tǒng)ZigBee模塊和協(xié)調(diào)器模塊均采用以CC2530芯片為核心的單元。

2.1 ZigBee模塊

圖2 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)流程圖

本系統(tǒng)采用基于CC2530的Zigbee協(xié)議組建無線傳感網(wǎng)絡(luò)。CC2530是TI 公司推出的最新一代ZigBee標(biāo)準(zhǔn)芯片。CC2530是用于2.4 GHz IEEE 802.15.4，ZigBee和RF4CE應(yīng)用的一個真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。它能夠以非常低的總的材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。由于旅館環(huán)境監(jiān)測相對比較簡單，所以本系統(tǒng)采用的是星形結(jié)構(gòu)，其終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)之間不能相互通信，通信必須借助協(xié)調(diào)器的轉(zhuǎn)發(fā)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 傳感器軟件設(shè)計(jì)

傳感器終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)采集溫度、濕度、光照強(qiáng)度、氣體等信息。傳感器首先上電初始化SHT10，其次當(dāng)上電成功申請加入無線網(wǎng)絡(luò)后，尋找協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)并接收指令，開啟數(shù)據(jù)采集指令，并封裝數(shù)據(jù)傳輸至協(xié)調(diào)器。

3.2 ZigBee協(xié)調(diào)器設(shè)計(jì)

協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)是整個網(wǎng)絡(luò)的核心，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的建立與管理。協(xié)調(diào)器上電后，按照編譯時(shí)所定的參數(shù)，從而選擇合適的信道、合適的網(wǎng)絡(luò)號，建立ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)，然后接收終端發(fā)送過來的環(huán)境參數(shù)，通過串口傳輸給上位機(jī)。具體程序的流程如圖2所示。

3.2 上位機(jī)的界面設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用C#軟件編寫上位機(jī)界面，其面向?qū)ο蟮奶攸c(diǎn)，便于理解。本設(shè)計(jì)界面主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)顯示旅館房間內(nèi)溫濕度、光照、煙霧等環(huán)境參數(shù)，用戶可以隨時(shí)觀測房間內(nèi)的環(huán)境數(shù)據(jù)，并且對參數(shù)進(jìn)行數(shù)值比較，判斷是否在合適值之內(nèi)，如果超過值則可通過上位機(jī)控制溫濕度和開關(guān)燈，發(fā)現(xiàn)異常氣體及時(shí)發(fā)出報(bào)警信息。系統(tǒng)使用Chart控件實(shí)時(shí)繪制溫濕度曲線圖，四個GroupBox控件顯示溫度和濕度的值、氣體異常顯示及開關(guān)燈控制等。如圖3所示。

傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后通過Zigbee協(xié)調(diào)器進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，Zigbee協(xié)調(diào)器通過串口傳遞數(shù)據(jù)給上位機(jī)。SerialPort類為核心的串口通訊的設(shè)計(jì)方法，該類提供了同步 I/O 和事件驅(qū)動的 I/O、對管腳和中斷狀態(tài)的訪問以及對串行驅(qū)動程序?qū)傩缘脑L問。本系統(tǒng)由于采用打包機(jī)制，查詢數(shù)據(jù)只需查詢所有終端上所有傳感器的數(shù)據(jù)即可，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬。定義查詢報(bào)文為16進(jìn)制表示的6個字節(jié)，幀以0x3A開始占一個字節(jié)，地址碼占2個字節(jié)，功能碼、校驗(yàn)碼、結(jié)束各占1個字節(jié)，以0x23結(jié)束。定義響應(yīng)報(bào)文為16進(jìn)制表示的22個字節(jié) ，幀以0x3A開始0x23結(jié)束。設(shè)置SerialPort類的通訊端口號及波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和校驗(yàn)位后，上位機(jī)調(diào)用SerialPort類Write或WriteLine方法發(fā)送查詢命令，用ReadExisting方法讀取緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)。

圖3 上位機(jī)界面

3.3 Android手機(jī)APP設(shè)計(jì)

當(dāng)用戶在手機(jī)APP輸入和上位機(jī)同樣的IP地址，與上位機(jī)建立連接。手機(jī)APP和上位機(jī)連接采用C#的SocKet異步通信模式。上位機(jī)服務(wù)器端首先新建套接字（SocKet），用本地IP地址綁定上位機(jī)端口，服務(wù)器端使用Listen方法偵聽端口等待連接。手機(jī)客戶端請求連接通過BeginConnect方法和EndConnect方法，登陸到上位機(jī)運(yùn)行的服務(wù)器端，服務(wù)器端使用BeginAccept方法和EndAccept方法完成連接。手機(jī)客戶端把接收的數(shù)據(jù)按照不同的終端顯示。上位機(jī)接到手機(jī)的查詢命令后把 NodeData［i，j］數(shù)據(jù)先按終端順序，再按各終端溫度、濕度、氣體、光敏傳感器順序把對應(yīng)數(shù)據(jù)放入到一維數(shù)組 strTxBuf［index + j］，然后發(fā)送到手機(jī)端。核心代碼如下：

case 0x01：

for （i=0； i＜MAX_NODE； i++）

｛ for （j = 0； j ＜ 4； j++）

strTxBuf［index + j］ =NodeData［i， j］ ；

index += 4； ｝

strTxBuf［index］ = 0x23；

newSocket.BeginSend（strTxBuf， 0， strTxBuf. Length， SocketFlags.None， new AsyncCallback（SendData），newSocket）；

4 結(jié)語

本設(shè)計(jì)是采用ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了旅館房間內(nèi)溫濕度、光敏、氣體等環(huán)境參數(shù)的監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場測試，運(yùn)行穩(wěn)定，操作簡潔，界面友好整潔，便于用戶通過手機(jī)APP實(shí)時(shí)查看旅館房間內(nèi)環(huán)境數(shù)據(jù)。今后可開發(fā)遠(yuǎn)程控制的手機(jī)APP應(yīng)用軟件，即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測與控制。

參考文獻(xiàn)

［1］萬國峰，楊成慧．基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的煤礦安全監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)［J］．計(jì)算機(jī)測量與控制，2012，20（10）： 2645－2647．

［2］李剛，張志宏．蜜蜂的舞蹈-ZigBee的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用［J］.電子產(chǎn)品世界，2006（2）︰5-7

Design of intelligent hotel environment monitoring system based on ZIGBEE

Yuan Xinyan
（Jiangsu Vocational College of Business，Jiangsu Nantong，226011）

Abstract：Based on the ZIGBEE wireless communication technology intelligent hotel environment monitoring system is designed.This system mainly includes the sensor，the ZigBee coordinator，the host computer，the Android mobile phone terminals.The feasibility of the system is proved by experiment，passengers can monitor the environmental status of the hotel room in real time through the mobile phone APP.

Keywords：ZIGBEE technology；intelligent hotel；host computer

基金項(xiàng)目：江蘇省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目No.201514475002Y基金項(xiàng)目：中華供銷合作總社職業(yè)教育專項(xiàng)研究課題No.GX1425

作者簡介

袁新顏（1977-），女，江蘇海門人，副教授，主要從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用技術(shù)等方面的教學(xué)與科研工作。