基于ZigBee的無線氣體監測系統的設計方案[1]

互聯網技術責任編輯：zengcy 2012-04-01

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摘要：傳統的氣體監測系統是以電線和電纜作為基礎傳輸介質組成的數據采集系統。目前常用的解決方案是在監控現場，將傳感器布置在需要監測的關鍵位置，將各個傳感器采集到的信號通過獨立電纜傳送到中央采集站，由中央采集站將所有連接的信號集中處理發送到上位機，進行實時數據采集。如果需要監測的區域很大，需要很多傳感器，相應的監測

傳統的氣體監測系統是以電線和電纜作為基礎傳輸介質組成的數據采集系統。目前常用的解決方案是在監控現場，將傳感器布置在需要監測的關鍵位置，將各個傳感器采集到的信號通過獨立電纜傳送到中央采集站，由中央采集站將所有連接的信號集中處理發送到上位機，進行實時數據采集。如果需要監測的區域很大，需要很多傳感器，相應的監測點分散，這種傳統的有線方式就會存在線路布設復雜 ,接線繁瑣，安裝造價高，后期的電纜維護成木高等問題。由于有線氣體監測系統木身的局限性，許多特殊環境下的網絡覆蓋和網絡支持仍然是個難題。比如在某些工業現場，一些工業環境禁止或限制使用電纜，而在其他一些工業環境要求完全把電纜屏蔽起來以高度防止來自大多數工業設施中的機器或其它無線電控制設備的干擾，更有一些高速旋轉的設備根木無法通過電纜來傳輸數據信息。這種傳統的串行集中式監測系統很大程度上影響系統的處理速度和系統的可靠性和靈活性。

鑒于上述情況，氣體監測系統設計趨向于無線監測方式，用分布式的無線技術來代替傳統的集中式有線技術，實現傳感器和數據采集系統之間的直接通訊。無線傳感器網絡的出現和發展為這一問題提供了一個新的解決途徑。本文在比較了幾種通信協議后選擇了低成本、低功耗和低速率的ZigBee協議，設計了一種基于ZigBee的無線氣體監測系統。

1 系統整體設計

1.1 系統的組成與結構

整個監測系統由監測主機和ZigBee無線傳感器網絡組成，如圖1所示。這是。個層次型網絡結構，最底部為傳感器終端節點（即無線氣體檢測變送器），向上依次是路由器，協調器和監控主機。監控主機上運行有數據管理軟件，為用戶提供氣體監控網絡中的數據訪問界面，并能夠通過協調器訪問終端節點的測量數據，并將數據保存，為用戶提供數據查詢、分析或報表生成服務。ZigBee網絡負責數據的采集，它由協調器、路由器、終端節點和報警器組成。終端節點將監測到的數據傳給路由器；路由器將終端設備上傳的信息整合處理，再將數據發送給協調器；協調器將采集的數據上傳給監控主機或者將監控主機的命令在網絡中發送出去；報警器負責接收路由器發送的數據，如果數據超限則發送報警信號。整個網絡中數據的傳輸具有就近原則，如果協調器距離比路由器近，終端節點會直接傳輸數據到協調器。

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