物聯(lián)網(wǎng)架構下的智能火災預警系統
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2．2 傳感器單元設計
參考文獻對火災產(chǎn)生的原因、火災預警原理及火災信號選取做了詳細的分析?；诖?，根據火災發(fā)生的前期特征，系統分別選取了溫度、濕度、煙霧和CO濃度作為火災監測對象。各傳感節點(diǎn)采用多傳感器技術(shù)，分別連接了DHT21溫濕度傳感器、MQ2煙霧傳感器和MQ7一氧化碳傳感器。DHT21是含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，采用單排4針引腳封裝。使用時(shí)，只需將DATA引腳連接到MCU的任意GPIO即可，這里是連接到CC2530的P1 5引腳。另外，為了確保CC2530對DHT21有足夠的驅動(dòng)能力，在DHT21 DATA引腳接有5．1 kΩ的上拉電阻，確保芯片有合適的灌電流。這樣，只要按照DHT21的邏輯時(shí)序編寫(xiě)程序，控制MCU引腳的輸入／輸出，就可以從DATA引腳準確讀出溫濕度數據。
MQ2和MQ7傳感器都屬于氣敏型傳感器，兩者的原理相似，都屬于MQ傳感器。MQ傳感器所采用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率極低的SnO2，當將它放置于某種敏感氣體環(huán)境中時(shí)，電導率將隨該種敏感氣體濃度的增大而增大。因此，在驅動(dòng)MQ傳感器時(shí)，只需根據傳感器特性搭建合理的驅動(dòng)電路即可。MQ傳感器的輸出均為模擬量，故應交由MCU進(jìn)行A／D轉換。CC2530的P0口是其內部ADC的8通道輸入端口，故將MQ2和MQ7的輸出端分別連接至P0_0引腳和P0_1引腳。MQ傳感器有6只針狀引腳，如圖2所示。2引腳和5引腳用于提供加熱電流，供電電壓為5 V，其余引腳用于信號取出。通過(guò)電路分析可知，4引腳和6引腳的輸出電壓為
。Rs為敏感體電阻，阻值一般為2～20 kΩ。當空氣中的敏感氣體濃度增加時(shí)，電導率增加，Rs下降，故輸出電壓Uout增大。電位器RL除了起到限流作用外，最主要的作用就是實(shí)現對WSN節點(diǎn)靈敏度的調節和校準。由于MQ傳感器內部的氣敏元件在不同環(huán)境下對不同種類(lèi)、不同濃度的氣體有著(zhù)不同的阻值Rs，因此為精確考慮，在溫、濕度變化較大的環(huán)境中，需要對節點(diǎn)的靈敏度進(jìn)行調節，這也是系統增加濕度測量的一個(gè)主要原因。3 系統軟件設計
3．1 ZigBee—WSN軟件設計
底層的數據采集網(wǎng)絡(luò )采用ZigBee2007協(xié)議規范設計，基于TI公司提供的半開(kāi)源Z-Stack協(xié)議棧開(kāi)發(fā)。系統的整體流程如圖3所示。本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/159419.htm
3．2 系統GUI設計
由于要求控制管理中心PC提供良好的人機交互環(huán)境，故采用圖形用戶(hù)界面(Graphical User Interface ，GUI)設計。采用GUI設計的優(yōu)勢就在于它提供的界面具有友好性，可以幫助減少用戶(hù)的認知負擔，滿(mǎn)足不同用戶(hù)的設計需求。當前較為流行的GUI設計技術(shù)包括MiniGUI、OpenGUI、Microwindows／Nano—X、Qt等，另外，采用VC++、VB等也可以完成GUI的開(kāi)發(fā)。但是，這些軟件在A(yíng)PI的封裝性、跨平臺性、代碼量、設計難度和開(kāi)發(fā)周期上都存在很大差異，擁有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。因此，綜合考慮各種因素，這里采用Qt技術(shù)設計系統的GUI。設計是基于Qt 4．7 SDK完成的，該軟件版本集成了Qt 4．7．4和Qt Creater 2．4．1集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)。
設計時(shí)，首先在main．cpp文件中創(chuàng )建QApplication類(lèi)對象。QApplication類(lèi)主要用于設置和管理GUI應用程序及其控制流，包括控制主事件的循環(huán)、初始化和結束來(lái)自用戶(hù)接口或其他系統資源的應用程序、提供會(huì )話(huà)管理等。然后就可以根據系統需要添加實(shí)際應用，這里設計了一個(gè)系統登錄窗口和一個(gè)控制管理窗口，分別命名為logindlg．cpp和firesystem．cpp。添加完成后，將自動(dòng)生成相應的頭文件(logind lg．h、firesystem．h)和界面文件(logindlg．ui、firesystem．ui)。
控制管理中心PC要接收網(wǎng)絡(luò )管理節點(diǎn)發(fā)送的環(huán)境監測數據，因此實(shí)現串口通信是進(jìn)行GUI設計的關(guān)鍵。Qt本身并沒(méi)有提供串口控制類(lèi)，故需要采用第三方編寫(xiě)的qextserialport類(lèi)。qextsetialport類(lèi)實(shí)際上是QIODevice的派生類(lèi)，使用時(shí)，需要為工程添加相應的類(lèi)文件qextseri albase．cpp、qextserialbase．h以及win_qextserialport．cpp、win_qextserialport．h。設計控制管理窗口時(shí)，為了保證系統配置的靈活性，在UI設計窗口中分別添加“端口號”、“波特率”、“數據位”、“校驗位”、“停止位”5個(gè)Combo BOX下拉列表。然后通過(guò)按鍵Push Button進(jìn)行系統的開(kāi)啟和關(guān)閉設計。Push Button的觸發(fā)采用的是Qt提供的信號與槽機制，所有從QObject類(lèi)及其子類(lèi)派生的類(lèi)都可以使用該機制。信號與槽機制是Qt的核心機制，它為用戶(hù)提供了一種高級接口，該接口可用于各類(lèi)應用對象之間的通信。這里僅給出實(shí)現串口通信的幾個(gè)重要函數。
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