基于Zigbee技術(shù)的熱釋電紅外報警器設計

本設備選用的Zigbee芯片為德州儀器公司的CC2530。CC2530是一個(gè)真正的用于IEEE802．15．4、Zigbee和RF4CE應用的片上系統，它能夠以非常低的總材料成本建立強大的網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)；CC2530集成了業(yè)內領(lǐng)先的RF收發(fā)器、增強工業(yè)標準的8051 MCU，在系統可編程Flash存儲器，8-KBRAM和許多其他強大功能。CC2530部分的電路圖如圖3所示，兩個(gè)晶振32 MHz和32．768 kHZ，其中32．768 kHZ的晶振主要應用于睡眠定時(shí)器，在實(shí)際應用中如果不需要可以去掉以降低成本；RF端經(jīng)過(guò)處理后接收發(fā)天線(xiàn)，天線(xiàn)可以是外置天線(xiàn)，也可以是PCB天線(xiàn)，本設備設計的是倒F形狀的PCB天線(xiàn)，倒F天線(xiàn)具有結構簡(jiǎn)單、重量輕、可共形、制造成本低、輻射效率高、容易實(shí)現多頻段工作等獨特優(yōu)點(diǎn)，非常適合應用到本設備中。

3 軟件設計
CC2530片上系統結合德州儀器公司的Zigbee協(xié)議棧，可以提供強大和完整的Zigbee解決方案。本設備在軟件上移植了德州儀器的zSTACK協(xié)議棧，該協(xié)議棧提供了一個(gè)名為操作系統抽象層OSAL的協(xié)議棧調度程序，OSAL提供任務(wù)調度、時(shí)間管理、原語(yǔ)通信等系統功能，基于OSAL可以方便完成各種軟件任務(wù)。
設備的主要軟件流程如圖4所示，系統完成硬件等的各種初始化任務(wù)后，尋找Zigbee網(wǎng)絡(luò )中的的協(xié)調器設備，將本節點(diǎn)的基本信息通知協(xié)調器，成功加入到該網(wǎng)絡(luò )；系統處理完各個(gè)任務(wù)后，進(jìn)入到低功耗休眠狀態(tài)，以節省電量；當處理器接收到紅外報警信號處理器發(fā)過(guò)來(lái)的中斷信號時(shí)，結束休眠狀態(tài)進(jìn)入中斷處理程序，處理程序將報警信息通過(guò)射頻發(fā)送到網(wǎng)絡(luò )中的協(xié)調器；系統處理完后再次進(jìn)入到休眠狀態(tài)。

低功耗設計為軟件設計的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在此重點(diǎn)介紹一下。zStakc提供了兩種sleep模式，LITE和DEEP。當系統需要喚醒去執行一些周期性的事件時(shí)，使用LITE sleep；當系統沒(méi)有被定制周期事件而是通過(guò)外部中斷來(lái)喚醒設備，使用DEEP sleep。本設備的大部分時(shí)間都是處于DEEP sleep狀態(tài)，這樣才能降低功耗。實(shí)現低功耗的具體步驟為：在編譯選項中添加POWER_SAVING，開(kāi)啟系統低功耗支持；在系統配置文件中關(guān)閉自動(dòng)輪詢(xún)消息功能，將DPOLLRATE、DQUEUED_POLL_RATE、DRESPONSE_POLL_RATE 3個(gè)參數設置為0，并將DRFD_RCVC_ALWAYS_ON參數設置為FALSE；關(guān)閉系統的按鍵輪詢(xún)任務(wù)，確定系統沒(méi)有周期性的激勵事件。設置成功后，系統在沒(méi)有喚醒事件是就會(huì )進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài)。

4 設備應用
將本設備主要應用于智能家居系統中。本設備上電工作之前，應該確定Zigbee網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)建立，設備上電后會(huì )自動(dòng)加入該Zigbee網(wǎng)絡(luò )，并向網(wǎng)絡(luò )中的協(xié)調器發(fā)送自身的設備信息，協(xié)調器保存設備信息用于管理和控制設備；該報警設備可以覆蓋周?chē)嵌?20度、范圍4～10 m的空間，當設備處于布防狀態(tài)時(shí)，如果有人體進(jìn)入布防空間報警器會(huì )產(chǎn)生報警信號，并上報；報警器設備采用兩節5號干電池供電，設備在休眠狀態(tài)的電流消耗僅為10μA，可以正常工作一年以上的時(shí)間。
本設備在實(shí)際時(shí)，要符合安裝要求。一般應安裝在離地面2 m左右的位置；設備應遠離空調、射燈等空氣溫度變化敏感的地方；避免有大型遮擋物和正對窗口；避免陽(yáng)光照射。符合安裝條件的設備，可以達到最佳檢測效果。

5 結論
本熱釋電紅外防盜報警器基于Zigbee技術(shù)，在硬件上選用德州儀器的CC2530片上系統作為解決方案，在軟件設計上移植了zSTACK協(xié)議棧，提供了完整的Zigbee網(wǎng)絡(luò )服務(wù)。該報警器已經(jīng)通過(guò)測試，實(shí)際應用中表明該報警器具有功耗低、靈敏度高、便于組網(wǎng)、穩定可靠等特點(diǎn)，達到了設計要求。