基于AVR和ZigBee技术的工业园区环境监测系统

图2 系统硬件结构框图

3.2 硬件平台选用及资源配置

在整个硬件平台的设计中，节能是一个重要因素，它决定着传感器网络的寿命。当节点目前没有传感任务并且不需要为其他节点转发数据时，调节节点的无线通信模块、数据采集模块进入休眠状态以节省能耗。同时为控制子节点选择合适的地点，提供较充足的能源，以便延长节点使用寿命，提高监测预警系统的有效性。

3.2.1节点组成

节点主要由四部分组成：包括数采控制单元、微处理单元、无线通信单元、供电单元，见下图：

图3 节点组成图示

1 、数采控制单元

数采控制单元主要负责实现数据信息的采集，本系统采用的多数传感器集成了单片机和ADＣ模块，可以直接输出数字量。

（1）数字温湿度传感器

数字式温湿度传感器是把温度和湿度，通过温、湿度敏感元件和相应电子电路转换成易于采集和读取的数字信号的传感器。本项目拟采用SHT10传感器来完成温、湿度的采集。SHT10是Sensirion公司推出的新型集成数字式温、湿度传感器。该传感器采用CMOSens专利技术生产，具有超小体积（表面贴装）、响应速度快、接口简单、性价比高等特点，且其相对湿度和温度的测量兼有露点输出；功耗低，能自动休眠；长期稳定性非常出色。适合本项目的开发。其功能引脚图如下（图4）

图4 SHT10引脚图

引脚说明及接口电路：

①电源引脚（VDD、GND）

SHT10的供电电压为2.4V～5.5V。传感器上电后，它从"休眠"状态恢复过来。在此期

间不发送任何指令。电源引脚（VDD和GND）之间可增加1个100nF的电容器，用于去耦滤波。

②串行接口

SHT10的两线串行接口（bidirectional 2-wire）在传感器信号读取和电源功耗方面都做了优化处理，其总线类似I2C总线但并不兼容I2C总线。（图4中为2、3接口）

（2）二氧化碳浓度传感器

①CDM4161简介

CDM4161是费加罗公司生产的一种CO2气体浓度测试模块， 其在空气中对CO2有很高的选择性，CO2浓度的测量范围为400～4000 ppm，对一氧化碳和甲烷等气体不敏感，CDM4161内部集成的单片机可对传感器采集到的信号处理和自动校准，以使其输出的电平值与CO2气体的浓度保持良好的线性关系.有别于固态或者液态电解质气体传感器，CDM4161是利用半导体材料的各种化学特性将空气中含有的特定气体(即待测气体)以适当的电信号检测和定量的器件。其优点是灵敏度高、响应速度快、体积小、寿命长、便于集成化、智能化，同时能使检测转换一体化.因此，项目选用CDM4161来完成对二氧化碳浓度的实时采集转换一体化。

图5

②CDM4161的工作原理

CDM4161对外提供5个引脚（图5），其引脚的功能描述如表一所示

表一 CDM4161引脚功能表

工作时CDM4161引脚l接+5 V电源，引脚2输出电压范围0.4～4 V，相当于CO2气体浓度范围为400～4 000 ppm。随监测到CO2浓度的高低变化，引脚3相应输出高、低电平可以控制外部通风设备。引脚4在传感器故障时输出低电位，可通过该引脚连接蜂鸣器．以及时监测CDM4161工作状态。

（3）二氧化硫浓度传感器

二氧化硫浓度传感器采用2SH12二氧化硫半导体传感器， 2SH12二氧化硫传感器是高性能的气体检测传感器，可用于对工业中SO2气体的检测。其对二氧化硫气体有有很好的选择性，

灵敏度很高，同时具有良好的重复性和长期的稳定性及抗干扰，适合本系统的开发需求。

特性参数

　　回路电压：（Vc）5-24V

　　取样电阻：（RL）0.5-20KΩ

　　加热电压：（VH）5±0.1V

　　加热功率：（P）约750mW

　　灵敏度：R0（air）／RS（100ppmC2H5OH）＞5

　 响应时间：Tres＜10秒

　　恢复时间：Trec＜30秒

工作环境：温度-10-＋50℃、相对湿度0-90％RH.

（4）一氧化碳浓度传感器

一氧化碳浓度传感器拟采用CO/CF-1000，其湿度精度最高可达到±1.8%RH，外壳耐碱耐腐蚀，可用于工业园区的一氧化碳浓度检测。

CO/CF-1000技术规格：

测量范围 : 0-1000 ppm（可选200ppm,300 ppm；500 ppm；2000 ppm；4000 ppm）
最大负荷 : 20000 ppm
内置过滤器　 : 过滤酸性气体(可选带氢气补偿〈2%，过滤SO2和H2S）
工作寿命 : 空气中3年
输 出 　：100±20nA/ppm 4-20mA(一氧化碳检测模块）
分辨率 : 0.5 ppm
温度范围 : -20℃ to 45℃
压力范围 : 大气压±10%
响应时间 (T90): < 40 seconds
湿度范围 　: 15-90 %RH（非凝结）
零点输出 (纯净空体，20℃): -1 to +3 ppm
最大零点漂移(20℃－40℃) : 10 ppm
长期漂移 : <2% /每月
推荐负载值 　:　10Ω
偏置电压 : 无需
线性度输出　 : 线性
重复性 : <2%
存储温度 : 5℃ to 20℃
存储寿命 : 6个月（容器内）