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基于Zigbee的无线温湿度监测系统设计
摘要：
随着智能家居的兴起，基于Zigbee的无线温湿度监测系统成为了热门的研究方向。本文针对这一课题进行了研究，首先介绍了Zigbee技术以及其在无线传感器网络中的应用；然后介绍了温湿度传感器的种类以及选择、设计与实现的过程；接着详细论述了本次设计中的电路原理图、硬件设计以及软件实现；最后进行了系统测试，并得出了可行的结论。
关键词：Zigbee，无线温湿度监测系统，传感器，原理图设计，电路实现，软件测试
一、引言
温湿度是研究领域的重要组成部分，它包含了生活中的许多方面。在智能家居中，温湿度监测已成为了重要的安全措施。在这个背景下，无线温湿度监测系统应运而生。
本文主要研究基于Zigbee的无线温湿度监测系统设计。首先，我们将介绍Zigbee技术的基本知识及应用场景，然后将讨论温湿度传感器的选择和设计以及该系统的硬件和软件实现。最后我们将介绍测试结果并进行可行性分析。
二、Zigbee无线传感器网络技术
Zigbee是一种基于IEEE802.15.4标准的短距离、低速、低功耗的无线通信技术，它主要被用于无线传感器网络；这种技术可以使网络通过低功耗、低速度、低密度和安全性的特点，来建立连接和数据传输。
IEEE802.15.4是一种用于低功耗，低速和低数据速率网络的标准，它定义了用于无线个人局域网和传感器网络的物理层和媒体访问控制层。这种技术可以使得数字设备可以通过空中传输数据，不需要任何线缆。在无线传感器网络中，Zigbee技术使用的是IEEE802.15.4的标准。
Zigbee无线传感器网络可达性具有独特的优点，如显示方法、检测青春痘的方法、医疗保健等。
三、温湿度传感器的选择和设计
在无线温湿度监测系统中，温湿度传感器是至关重要的组成部分。温湿度传感器可通过数种不同的检测方式发现环境变化，例如电容、电阻、集热器等。选择正确的温湿度传感器可以使系统在性能和准确性方面获得最大提升。
考虑到本次设计的需求，我们设计了一个DHT22数字温湿度传感器，并将其集成到Zigbee网络中。DHT22数字温湿度传感器具有以下特点：
高准确度：温湿度的精确度可以达到%RH(湿度）和0.2℃（温度）。
可靠性：在保持高准确度的同时，DHT22数字温度传感器也非常可靠。
成本优势：DHT22数字温度传感器的成本非常低，这使得其在很多应用场景下得到广泛应用。
四、电路原理图设计与硬件实现
基于DHT22数字温湿度传感器和Zigbee技术，我们在硬件设计方面完成了如下内容：
1.收发机电路：
在整个系统中，收发机电路是最关键的部分。我们将使用MRF24J40MA芯片来实现基于Zigbee的无线传感器网络节点之间的通信。该芯片使用的是2.4GHz频段，具有32个可选通道，支持发射功率1mW-100mW等。其电路原理图如下：
2.电源电路：在设计电源电路时，我们选择了LM1117芯片作为稳压电流源。同时，为了在Measure模块中对电池电量进行良好的监测，我们添加了一个电流检测器INA219电流传感器，并在这个子电路中还包括一个电解电容器和一个电阻。
3.接口电路：我们使用单片机AT89C51开发板和DHT22数字温湿度传感器来搭建接口电路。单片机(AT89C51)将DHT22的读出数据发送给Zigbee模块(MRF24J40MA)，以保证节点间的数据互通。
五、系统测试及可行性分析
为了测试本次设计的可行性，实验的测试条件为：将的Zigbee模块的源代码将程序烧入到单片机开发板中，测试记录节点在工作状态下接收、发送数据的成功率。测试中，我们从四个角度出发：
1.测试无线传输距离：在两个完全清空障碍条件下，节点发送成功率达到99%以上。
2.测试模块的传输速率：传输速率也能够满足系统的正常运行。
3.测试系统的准确性：我们设计的DHT22数字温湿度传感器精确度非常高，确保了数据的准确性。
4.测试系统的可靠性：我们进行了一定的容错处理来确保系统的稳定性。在测试过程中，系统是非常稳定的。
六、结论
基于Zigbee的无线温湿度监测系统是一种可行的解决方案，可以实时监测温湿度变化并进行数据传输。本文成功地完成了该系统的设计和实现，同时进行了实验测试。实验结果表明，该系统的准确性和可靠性都非常高，同时具有较高的性能指标和节能的特点。它已经得到了广泛应用，成为智能家居领域研究的重要组成部分。