基于ZigBee技术的家居环境监测系统设计与实现

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在社会快速发展的今天,人们生活质量正稳步上升。人们的身体健康和室内环境的质量有着不可分割的关系,人们对家居环境监测越来越重视。随着人口老龄化的加剧,老年人口比例上升,子女不在身边情况的普遍化。老年人的生活面临着更多的威胁,比如室内环境温湿度对健康的影响、容易摔倒等安全问题,都需要更智能的方式进行解决。本文首先研究了现有家居环境监测技术和发展现状,通过对不同短距离无线通信技术的对比,选取了成本低、组网灵活、通信可靠的ZigBee技术,作为整个系统的无线通信技术。随后对老年人的实际需求进行了分析,同时参考国家养老住区系统的设计规范,研究出一套针对老年人的家居环境监测系统。在整个过程中,本人参与了系统整体框架的确定,完成了系统硬件设计方面的具体工作。系统硬件设计方面,对硬件组成的器件做了介绍,通过参数对比和实用性分析的方法,对硬件用到的MCU、ZigBee模块、温湿度传感器、三轴加速度计进行了器件选型,绘制了家居环境监测系统硬件总体组成图。设计过程研究了MCU、ZigBee模块的电路图,完成了系统中传感器与单片机连接的电路图,其中无线模块与单片机的连接采用了RS232串口方式。设计实验用通信模块由两个ZigBee路由器、一个ZigBee协调器构成,以此来实现无线组网。在软件方面,主要对温湿度DHT11模块、三轴加速度计ADXL345模块进行程序设计和驱动程序的编写。用上位PC机实现对MCU所存储的数据的读取,硬件通过异步串口通信连接。对整个系统硬件模块连接做了说明,制定了调试内容及流程,对连接后的家居环境监测系统进行了联调,调试中遇到的问题,通过对问题的定位和分析,反复联调进行修改,直至系统正常运行。系统稳定运行后,开展了系统功能测试,重点是环境温湿度监测实验,模拟老人跌倒实验。通过对实验数据的对比和分析,来验证系统的功能性,并总结了在测试中遇到的问题。实验结果表明。在测试中,系统运行正常,达到了预期的效果。系统使用后,可及时监测住宅内部环境参数和老人的跌倒行为。系统可以保障老人对居住环境要求,缩短了老人遇到突发情况的延误时间,保护了老人的安全。
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