一种基于Zigbee异质传感器网络的环境监控系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于Zigbee异质传感器网络的环境监控系统。语音采集模块实时检测房间的声音信号，并将声音信号以AMBE语音压缩编码后传送到终端；Zigbee终端实时检测所在房间的环境温湿度数据，并接收声音信号，并按照Zigbee协议将环境温湿度数据和声音信号通过无线方式发送到控制室的协调器；协调器接收环境温湿度数据和声音信号，将声音信号传送到语音播放模块，并将环境温湿度数据发送到上位机；语音播放模块与协调器连接，接收协调器传送的声音信号后进行播放。本发明专利技术实现了将语音信息与环境温湿度信息相融合的异质传感器网络监控系统，在相同的带宽下可传输更多数据，并实现了短距离低带宽语音通信，支持无限扩展。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于Zigbee异质传感器网络的环境监控系统，尤其是涉及无线传感器网络领域和无线语音通信领域的一种基于Zigbee异质传感器网络的环境监控系统。
技术介绍
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的无线传感器网络技术。zigbee与蓝牙、wifi类似，是一种短距离、低功耗的近距离无线通信技术。一个典型的zigbee无线网络结构包含一个具有无线收发功能的协调器和若干带传感器的终端。无线传感器网络中的终端具有无线通信、数据采集功能。把终端布置到目标环境中，可实现在该环境温湿度、语音等数据的采集。Zigbee网络支持星型、簇型和网状网络拓扑结构，组网方便，并且支持路由和多跳功能，大大提升了传输距离。Zigbee网络的传输速率较低，最大数据传输速率为250kbps，加上协议中MAC层、物理层等各层的开销，一般实际最大传输速率不到100kbps， 因此传统zigbee传感器网络主要应用于较小流量数据的传输。要想通过无线传感器网络实现语音通信，需采用数字音频领域的最低采样率（8KHz），16bits的量化位数，单位时间内传输的数据量大于Zigbee网络能够承受的最大数据传输速率。为减少单位时间传输数据量，通常采用高效的压缩编码技术，方可满足zigbee网络的传输速率。移动通信的CDMA网或GSM网主要用于语音通信，而ZigBee网络主要是用于工业现场自动化控制数据传输，与移动通信网高额投入的基站相比，可用于语音接收与发出的Zigbee节点成本则极为低廉。实时获取环境语音信息是仓储监控系统的重要组成部分，但目前还没有将语音与环境温湿度相融合的监控系统，只是存在环境温湿度的监控系统。采用普通的语音压缩编码方式，占用的带宽较多，无法满足无线语音传输对低速率的要求。
技术实现思路
国内外已出现大量基于Zigbee传感器网络的环境数据采集系统，但是本专利技术提出了一种基于Zigbee异质传感器网络的环境监控系统，首次实现将语音信息与环境温湿度信息相融合的异质传感器网络监控系统，可采用AMBE编码方法并应用到Zigbee语音信息的传输中，使得传输速率压缩至4.8kbps，在相同的带宽下可传输更多数据，进行实时监控。本专利技术采用的技术方案是：包括置于各个房间的语音采集模块：实时检测所在房间的声音信号，并将声音信号以AMBE语音压缩编码后传送到Zigbee终端；包括置于各个房间的Zigbee终端：实时检测所在房间的环境温湿度数据，并接收语音采集模块的声音信号，并按照Zigbee协议将环境温湿度数据和声音信号通过无线方式发送到控制室的协调器；包括置于控制室的协调器：按照Zigbee协议接收环境温湿度数据和声音信号，将声音信号传送到语音播放模块，并将环境温湿度数据发送到上位机；包括置于控制室的语音播放模块：与协调器连接，接收协调器传送的声音信号通过AMBE语音压缩编码后进行播放。所述的Zigbee终端包括：温湿度传感器：采集房间内的环境温湿度数据；终端控制器：接收温湿度传感器的环境温湿度数据以及语音采集模块的声音信号，并按照Zigbee协议处理后发送到RF射频发送电路；RF射频发送电路：将环境温湿度数据和声音信号发送至协调器；电源模块：与终端控制器连接供电。所述的协调器包括：RF射频接收电路：接收Zigbee终端传送来的环境温湿度数据和声音信号后再传送到微控制器；微控制器：将接收到的声音信号转发到语音播放模块，将接收到的环境温湿度数据传送到液晶屏和上位机；液晶屏：显示实时传送来的环境温湿度数据；电源模块：与微控制器连接供电。所述的语音采集模块包括：麦克风、A/D转换器和语音数据压缩模块，麦克风将采集到的语音信号经A/D转换器后传送到语音数据压缩模块中，依次进行编码、量化、压缩和存储的处理后传送到Zigbee终端。所述的语音播放模块包括：语音数据解压缩模块、D/A转换器和扬声器，语音数据解压缩模块接收协调器传送来的声音信号依次经解编码、解压缩处理后，再经D/A转换器传送到扬声器。所述的温湿度传感器采用SHT11传感器，所述的终端控制器采用型号为CC2530的单片机。所述的电源模块包括稳压模块和两节五号干电池。所述的语音采集模块与Zigbee终端之间通过RS232串口相连接，所述的协调器与语音播放模块之间通过RS232串口相连接。所述的RF射频接收模块或RF射频发送模块采用基于IEEE 802.15.4标准的2.4GHz的射频收发器。所述的RF射频接收模块或RF射频发送模块采用Q2530RF。本专利技术的有益效果是：第一，在环境监控中应用Zigbee无线传感器网络通信技术，能够同时采集到温湿度数据以及语音数据，获取了监控环境的大量信息。第二，采用高效的AMBE语音压缩编码方式，使语音数据传输速率降至4.8kbps，满足Zigbee网络的最大传输速率不到100kbps的瓶颈，解决了传输速率低的Zigbee网络无法传输语音流量数据的问题。第三，本专利技术能实现短距离低带宽语音通信，ZigBee终端充当移动网络的基站，与协调器的室外通讯距离能达到几千米的通讯距离，支持无限扩展。附图说明图1是本专利技术系统的连接关系图。图2是本专利技术中系统场景图。图3是Zigbee终端的连接关系图。图4是协调器的连接关系图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。如图1和图2所示，本专利技术系统为基于Zigbee星型拓扑结构的传感器网络，包括以下：包括置于各个房间的语音采集模块：实时检测所在房间的声音信号，并将声音信号以AMBE语音压缩编码后传送到Zigbee终端；包括置于各个房间的Zigbee终端：实时检测所在房间的环境温湿度数据，并接收语音采集模块的声音信号，并按照Zigbee协议将环境温湿度数据和声音信号通过无线方式发送到控制室的协调器；包括置于控制室的协调器：按照Zigbee协议接收环境温湿度数据和声音信号，将声音信号传送到语音播放模块，并将环境温湿度数据发送到上位机；包括置于控制室的语音播放模块：与协调器连接，接收协调器传送的声音信号通过AMBE语音压缩编码后进行播放。如图3所示，上述的Zigbee终端具体包括：温湿度传感器：采集房间内的环境温湿度数据。终端控制器：接收温湿度传感器的环境温湿度数据以及语音采集模块的声音信号，并按照Zigbee协议处理后发送到RF射频电路。RF射频发送电路：将环境温湿度数据和声音信号以无线温湿度数据和无线语音数据发送至协调器。电源模块：与终端控制器连接供电。如图4所示，上述协调器与Zigbee终端具有类似的硬件结构，包括：RF射频接收电路：接收Zigbee终端传送来的环境温湿度数据和声音信号后再传送到微控制器；微控制器：将接收到的声音本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Zigbee异质传感器网络的环境监控系统，其特征在于：包括置于各个房间的语音采集模块：实时检测所在房间的声音信号，并将声音信号以AMBE语音压缩编码后传送到Zigbee终端；包括置于各个房间的Zigbee终端：实时检测所在房间的环境温湿度数据，并接收语音采集模块的声音信号，并按照Zigbee协议将环境温湿度数据和声音信号通过无线方式发送到控制室的协调器；包括置于控制室的协调器：按照Zigbee协议接收环境温湿度数据和声音信号，将声音信号传送到语音播放模块，并将环境温湿度数据发送到上位机；包括置于控制室的语音播放模块：与协调器连接，接收协调器传送的声音信号通过AMBE语音压缩编码后进行播放。

【技术特征摘要】
1. 一种基于Zigbee异质传感器网络的环境监控系统，其特征在于：
包括置于各个房间的语音采集模块：实时检测所在房间的声音信号，并将声音信号以AMBE语音压缩编码后传送到Zigbee终端；
包括置于各个房间的Zigbee终端：实时检测所在房间的环境温湿度数据，并接收语音采集模块的声音信号，并按照Zigbee协议将环境温湿度数据和声音信号通过无线方式发送到控制室的协调器；
包括置于控制室的协调器：按照Zigbee协议接收环境温湿度数据和声音信号，将声音信号传送到语音播放模块，并将环境温湿度数据发送到上位机；
包括置于控制室的语音播放模块：与协调器连接，接收协调器传送的声音信号通过AMBE语音压缩编码后进行播放。
2. 根据权利要求1所述的一种基于Zigbee异质传感器网络的环境监控系统，其特征在于：所述的Zigbee终端包括：
温湿度传感器：采集房间内的环境温湿度数据；
终端控制器：接收温湿度传感器的环境温湿度数据以及语音采集模块的声音信号，并按照Zigbee协议处理后发送到RF射频发送电路；
RF射频发送电路：将环境温湿度数据和声音信号发送至协调器；
电源模块：与终端控制器连接供电。
3. 根据权利要求1所述的一种基于Zigbee异质传感器网络的环境监控系统，其特征在于：所述的协调器包括：
RF射频接收电路：接收Zigbee终端传送来的环境温湿度数据和声音信号后再传送到微控制器；
微控制器：将接收到的声音信号转发到语音播放模块，将接收到的环境温湿度数据传送到液晶屏和上位机；
液晶屏：显示实时传送来的环境温湿度数据；
电源模块：与微控制器连接供电。
4. ...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘妹琴，张森林，赵少骏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33