基于AVR和ZigBee技术的工业园区环境监测系统

可使这两个模块工作于异步串行通信UART模式。本系统将USART1模块设置为异步串行通信模式，而个人PC机上RS232C接口已经成为一种标准配置，所以连接起来比较方便，只需要完成电平转换，就可连接通信。

3.2.3 拟采用的其他模块

键盘操作模块和液晶显示模块构成人机接口。人机接口使系统具有良好的人机交互界面。LCD显示模块可以直观显示当前各个传感器模块的数据，液晶拟采用LCM2401281，通单片机进行控制，方便功能扩展。 键盘输入模块实现对微处理器的直接操作 ；存储器模块实现各个模块采集数据的存储，实现了当无线传输网络发生问题时对信号依然进行正常的记录，提高了整套系统的稳定性；报警器模块通过发出声音报警起到提示作用，当无线传输终端发生错误时不影响对实际情况的判断与及时措施的采取。

3.3系统软件架构

3.3.1无线网络软件设计

（1）中断程序

网络允许节点以一定的周期自动上传数据，也支持响应由上位机发送的中断请求进行数据被动上传，其中节点MCU控制端的中断相应控制程序分别如图9、１0.

图9主程序图 图１0中断流程

（2）节点软件设计

A、单节点加入和退出网络

当某个节点要加入网络，它向周围发送入网请求，周围节点接收到此信号后等待其他节点发送响应（其中包括自身节点等级和本级节点数是否已满），并依据RSSI强弱排序，建立本节点周围节点状况的联络列表设置，而最终选择这其中最高级可入网节点（假定为入网目标节点），向目标入网节点发送入网请求并等待，当接收到入网目标节点的同意命令并被分编号后，节点就成功加入了网络。之后目标入网节点会将节点加入信息在下一次采集数据时同时逐次将节点入网信息上传，通知主控制台。

当某节点因电池电压过低，或临时要退出网络时会发送退出请求，当接收到上一级节点的同意应答后，将自动休眠或关机，退出网络。而其上一级节点也将同时删除其相应信息。

数据采集端程序

B、节点发送数据设计

终端节点程序设计

当前本系统拟采用简单的时分复用解决碰撞问题，在后期研究过程中将考虑利用更有效的其他方式。这样不同节点在固定时段进行工作，当进入工作周期后，节点进入工作模式根据定时器和MCU的调节工作，当采样时间到后，节点启动，采集数据，发送并等待应答，若接收到上级节点的正确应答，就说明数据发送成功，然后进入休眠；否则继续发送，直到成功（但设定最高次数，超过最高次数就认为出现故障，进行报警），如图１1：

若在节点休眠期间接收到唤醒信号，则响应中断，保护现场，发送当前数据并等待应答，若接收到上级节点的正确应答，就说明数据发送成功，然后进入休眠；否则继续发送，直到

成功（但设定最高次数，最高次数就认为出现故障进行，报警）如图１２：

图１1 图１2

较高级节点接收程序设计

进入接收模式的高级节点进行数据接收，并对接收到的数据进行校验，若正确则发送应答包，回复节点，否则，要求节点继续发送。如图１3：

图１3

（3）单片机与PC机串行通信软件接口设计：

软件系统主要包括PC 机端(即上位机) 和单片机(即下位机) 的通信程序设计。上位机采用VC开发软件提供的MSComm控件来完成串口数据的发送和接收功能。通过此控件, PC机可以利用串行口与其他设备实现轻松连接,简单高效地实现设备之间的通信。可以通过串口与上位机（微机）的通信，拟选用接口芯片MAX232。MSComm 控件的事件响应有两种处理方式:

事件驱动方式和查询方式。事件驱动方式由MSComm 控件的On2Comm 事件捕获并处理通讯错误及事件;查询方式通过检查CommEvent 属性的值来判断事件和错误。

3.3.2上位机软件设计

PC机通过接口电路和接口程序从下位机采集到的信息包括：传感节点的编号，传感节点的工作状态，传感节点采集时的环境变量，所有数据存储在数据库中。用户既可以实时观测，又可主动查询。我们打算使用MFC可视化编程设计实现。

（1）用户查询程序实现和操作界面设计：

1）监测实时动态显示界面（以温度为例）

图１４实时监测示例

2）历史数据回查界面示例

图１５历史数据回查示例

3）异常数据短信报警示例

系统将监测到的数据与预置的上下门限值进行比较，对异常数据进行报警（预计对3次以上的异常数据报警）

图１６ 飞信报警示例图

3.4 系统预计实现结果

（1）给出在工业园区这种复杂环境下的系统实现方案；

（2）成功搭建基于ZigBee的无线传感网络，并将传感模块加入网络，实现对工业园区环境因素进行实时定量监控和数据统计，并使系统获得稳定的工