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基于ZigBee和蓝牙网络的感官数据采集系统

Sushabhan Choudhury1，Piyush Kuchhal2，Rajesh Singh3，Anita4

1,2,3,4德拉敦石油与能源研究大学

摘要：在这个现代化的时代，已经引入了许多系统，人类的努力被限制在一定程度。本文提出了一种数据采集系统，用于工厂和工业或环境监测，它将测量某些参数，如温度，湿度，大气中存在的气体水平，一次限制区域附近任何人的运动以及传输这些参数通过最新的智能手机/平板电脑无线地传输到控制室以及该区域的有关人员。通过智能手机，当任何参数超过一定水平时，该人可以向控制室发出命令。使用ZigBee网络将数据从传感器节点收集到控制室节点，然后使用蓝牙网络将所需数据重新传输到智能电话，标签和PC。传感器节点包含模拟输出传感器，如温度，气体和数字输出传感器，如声音和金属。 LCD用于显示传感器参数。 RF调制解调器用于使用星形和网状网络拓扑将值传输到控制室节点。控制室节点包含用于接收信息的ZigBee收发器模块和用于向智能电话，标签和PC提供所需数据的蓝牙调制解调器。 ZigBee和蓝牙网络在ISM频段以9600波特率和2.4GHz频率工作。 ZigBee节点能够传输高达100米的信息，并且对于长距离通信，使用多跳。蓝牙调制解调器能够传输距离最远30英尺的信息。

关键词：蓝牙; 手机; 无线传感器网络;ZigBee

1. 介绍

已经研究了用于监测灾害管理，温室监测，动物监测等不同目的的环境参数的系统的论文，并且从文献中可以推断出基于ZigBee的监测系统是低成本，低功率可靠的系统并且可以用于数据收集和监控。研究了进一步的优化技术以找出用于数据优化的算法。可穿戴计算设备是用于监视目的的最新技术，以便迎合作为最终用户不需要意识到计算设备的复杂性的农村农民。

从现有文献中发现，已经提出了使用智能电话和电负载监测工厂区域温度，湿度和空气质量的系统。该系统还可检测操作机械的振动。对于智能监控，使用ZigBee和Wi-Fi协议。该集成系统由32位ARM内核Arduino-Duo模块制造。 Android APP和基于Web的平台用于显示测量结果。系统将使用TCP / IP协议将结果传输到指定的云设备，并使用快速傅立叶变换（FFT）方法分析工厂区域中的电源负载。

[1] Michael Friedewald等人描述了必须解决的技术，法律和社会挑战。无处不在的计算被认为是创新的技术途径。本文总结了为使全面计算应用具有经济可持续性和社会兼容性以充分挖掘其潜力所必需的努力

[2] Kulkarni，R.V。等。我们已经讲述了无线传感器网络（WSN）的挑战，失败和计算限制

[3] Gyou-tae Park et。 Al描述了一种智能气体安全管理系统，用于监测气体，地震，温度，烟雾和甲烷泄漏的流量和压力。该系统通过建筑物中的zigbee网络与包括网关的墙垫通信，并向服务器报告

[4] V.Vanitha等人叙述了一种扩展的面向服务架构（ESOA），它提供可定制的传感器网络和管理应用程序，以克服传感系统的局限性，如鲁棒性，复杂性等。该系统提供了嵌入式系统面向服务架构的改进

[5] Chengbo Yu et.al.叙述环境监测系统，讨论选择ZigBee技术作为无线传感器网络通信模块的原因。系统使用CC2430板并验证其正确性和可行性

[6]彭江等。 al描述了一种基于无线传感器网络的水环境监测系统。该系统由三部分组成：数据监控节点，数据基站和远程监控中心。该系统完成了人工湖水温和pH值环境的在线自动监测

[7] Dr.S.S.Riaz Ahamed。等人已经讨论了用于数据通信的ZigBee IEEE 802.15.4标准。结论是ZigBee是低功耗，低成本，无线网状网络标准，提供网络，安全和应用支持服务

[8] Luis Ruiz-Garcia等人论文展示了农业食品领域无线传感器技术和无线通信标准的技术和科学现状。本文重点介绍无线传感器网络RFID，包括ZigBee模块。还讨论了农业和食品工业中无线通信的未来趋势

[9]Mitsugu Terada等人描述了一种用于数据采集和监测的ZigBee传感器网络。 ZigBee模块通过USB接口连接到Microsoft Windows PC，后者充当传感器网络中的基站。传感器收集的数据被发送到基站PC。数据由设备控制软件

[10]以十六进制数格式记录。在本文中，提出了一种用于工厂和工业或环境监测的数据采集系统，它测量某些参数，如温度，湿度，大气中存在的气体水平，一次靠近限制区域的任何人的运动，并传输这些参数通过最新的智能手机/平板电脑/可穿戴设备无线地控制室以及该区域的有关人员。

2.硬件开发

该系统包括发射器部分，接收器部分和平板电脑/智能电话。

图1显示了带有电源，温度传感器，金属传感器，气体传感器，PIR传感器和声音传感器的发射器部分的框图，它将测量数据提供给Arduino微控制器，并使用ZigBee将数据传输到接收器部分模块。 图2显示了接收器部分的框图。 接收器部分的Arduino Mega微控制器，使用ZigBee模块收集来自发射器部分的数据，并进一步将其传输到智能手机的蓝牙终端。 PC的串行接口也是提供从ARDUINO mega board，使用终端v1.9在PC屏幕上收集数据。

3.软件开发

编程是在C语言的Arduino 1.0.5中完成的。 Arduino已被编程为测试硬件以实现WSN应用的目标，其涉及以下步骤 - 编码/调试，编译，刻录和评估。 Blue Term用于通过蓝牙捕获智能手机中的实时数据。 Blue Term是一个免费的Android应用程序，你可以在谷歌播放市场找到它。 终端仿真器，用于使用蓝牙串行适配器与任何串行设备通信。

3.1Simulation图3显示了系统的Proteus仿真模型，因为在硬件实现之前进行仿真以检查可行性。

4.结果和讨论

本文的主要目的是开发一种可穿戴设备，用于限制区域的早期预警，通过无线测量显示各种物理参数，如温度，有害气体，声音，金属，对农业农民有用。该系统基于zigbee和蓝牙无线协议。

这种系统具有许多优点，特别是当要限制区域不受侵扰时。对于农民而言，它也可以用于在任何人都可以轻松操作的单件设备中获取有关环境的所有信息。由于使用了个人局域网，该系统是一种可靠的通信系统，不会发生故障。由于在控制节点中有效使用通信算法，所以可以由智能设备读取所有数据而没有中断和延迟。采用基于Arduino的嵌入式技术，

无线传感器节点的设计和实现。下面在图4中示出了一个这样的节点，它是用于发送传感数据的发送部分。结果表明，传感器节点给出的温度和气体传感器数据是准确的。从声音和金属传感器接收的数据也被发现是准确的。射频模块Zigbee在2.4GHz ISM频段运行，真正有助于安全的数据传输。图4显示了接收部分。 在基站的监视器上连续观察以摄氏度为单位的温度和以ppm为单位的气体数据。 因此，控制室可以获得不同地方的温度以及特定区域中有害气体的存在/不存在，这对于农民来说可能对于获得关于环境的先前信息是有用的，从而提高了产量。 该系统具有极高的可靠性。 从声音和金属传感器接收的数据也对应于不想要的物体的实际入侵。

图5显示了从各种传感器接收的数据的数据记录。 该智能手机将通过中心节点从现场接收数据。 农民可以使用智能手机监控各种环境参数。 如果农业领域有任何不必要的入侵，农民也会收到预警信号，从而确保该区域免受有害的跨界影响

图1：传输节点的Block图

图2：接收节点的框图

图3：系统的Proteus仿真模型

图4：传输部分和接收部分的视图

图5：智能手机作为数据记录器

参考文献

1. Kuang-Yow Lian，Sung-Jung Hsiao和Wen-Tsai Sung“用于工厂环境的移动监控和嵌入式控制系统”，www.mdpi.com / journal /传感器，2013年12月

2. Michael Friedewald，“无所不在的计算：技术影响概述“，Telematics和Informatics，2011

3. Kulkarni，RV，”无线传感器网络中的计算智能：调查“，IEEE通信调查与教程，2011年第13期

4. Gyou-tae Park，Young- gyu Kim，Jeong-rock Kwon，Yongwoo Lee，Hiesik Kim“使用带无线ZigBee网络的智能煤气表开发气体安全管理系统”，世界科学，工程与技术，2010

5. V.Vanitha，Dr.V .Palanisamy，N.Johnson和G.Aravindhbabu，“基于LiteOS的面向无线传感器网络的面向服务的扩展架构”，国际计算机与电气工程期刊，Vol。 2010年6月2日第3期

6.程波宇;崔哲哲;张连;杨树强“环境监测应用中的ZigBee无线传感器网络”，IEEE 2009

7.彭江，夏洪波，何志业，王哲明，“基于无线传感器网络的水环境监测系统设计”，www.mdpi.com / journal / sensors，2009

8. Dr.SSRiaz Ahamed。 ，“ZigBee技术在未来数据通信系统中的作用”，理论与应用信息技术期刊，2009年

9. Luis Ruiz-Garcia，Loredana Lunadei，Pilar Barreiro和Ignacio Robla，“无线传感器技术与农业应用综述”和食品工业：最新技术和当前趋势“，www.mdpi.com / journal /传感器，2009

10. Mitsugu Terada”ZigBee传感器网络在数据采集和监测中的应用“，Measurement Science review，Volume，2009

11．www.sunrom.com.com

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