一種基于ZigBee的分布式井蓋監控系統

3.2 系統軟件設計

3.2.1 系統工作流程

ZigBee井蓋報警系統的工作流程如圖3所示。ZigBee井蓋報警器正常工作狀態(tài)時(shí)處于休眠狀態(tài)，當光線(xiàn)和氣體檢測超出告警閾值時(shí)，喚醒ZigBee控制器，讀取井蓋基本信息并進(jìn)行ZigBee網(wǎng)絡(luò )的無(wú)線(xiàn)傳輸，將數據傳遞給網(wǎng)絡(luò )中鄰近的節點(diǎn)，最后傳輸給嵌入式網(wǎng)關(guān)進(jìn)行處理。嵌入式網(wǎng)關(guān)控制GPRS模塊將信息發(fā)送給Web服務(wù)器，同時(shí)發(fā)送報警短信給維修人員，Web服務(wù)器通過(guò)數據庫將信息存儲。

3.2.2 ZigBee協(xié)調器

ZigBee網(wǎng)絡(luò )協(xié)議采用TI公司的Z-STACK，協(xié)議棧為ZigBee 2007。ZigBee 2007是ZigBee聯(lián)盟開(kāi)發(fā)的一種低成本、極低功耗的雙向無(wú)線(xiàn)通信標準，是TI公司專(zhuān)門(mén)為CC2530芯片設計的協(xié)議棧。本系統協(xié)議設備以協(xié)調器和路由器為主，軟件設計主要包含協(xié)調器節點(diǎn)軟件和路由器節點(diǎn)軟件。

ZigBee協(xié)調器的軟件流程圖如圖4所示，ZigBee網(wǎng)絡(luò )啟動(dòng)時(shí)會(huì )進(jìn)行設備初始化，通過(guò)協(xié)調器設置網(wǎng)絡(luò )唯一的PAN ID，設置協(xié)調器的地址。進(jìn)入信道掃描階段，判斷現在是否有相同PAN ID的網(wǎng)絡(luò )，如果存在的話(huà)就選擇現有協(xié)調器節點(diǎn)發(fā)送入網(wǎng)請求。如果不存在網(wǎng)絡(luò )，協(xié)調器在信道掃描成功后會(huì )排列信道，并選擇出最優(yōu)通道，確定網(wǎng)絡(luò )ID，建立網(wǎng)絡(luò )。網(wǎng)絡(luò )建立好以后，協(xié)調器會(huì )進(jìn)入無(wú)線(xiàn)偵聽(tīng)的階段，如果有新設備節點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò )，協(xié)調器會(huì )按順序給其分配網(wǎng)絡(luò )地址。如果有串口數據接收，協(xié)調器會(huì )進(jìn)入處理串口數據的階段，主要負責嵌入式網(wǎng)關(guān)發(fā)送的控制命令。

3.2.3 ZigBee路由器

報警系統中的井蓋報警器作為ZigBee網(wǎng)絡(luò )中的路由器，主要負責報警數據采集和中繼傳輸。通過(guò)配置CC2530的ADC控制器開(kāi)始數據的采集，設置A/D轉換的速率和讀取數據時(shí)間間隔。路由器的軟件流程圖如圖5所示，路由器節點(diǎn)上電后進(jìn)行軟硬件的初始化，掃描網(wǎng)絡(luò )是否存在，選擇符合的PAN ID網(wǎng)絡(luò )加入，成為網(wǎng)絡(luò )中的子結點(diǎn)。

路由器加入網(wǎng)絡(luò )后處于休眠狀態(tài)，當有告警中斷產(chǎn)生時(shí)，喚醒CPU并進(jìn)入中斷處理函數，中斷處理主要包含對數據的采集和發(fā)送，將報警器的傳感器數據采集打包發(fā)送到父節點(diǎn)中，完成后退出中斷進(jìn)入休眠狀態(tài)。

結語(yǔ)

本文基于ZigBee網(wǎng)絡(luò )實(shí)現井蓋報警器的分布式布控，達到實(shí)時(shí)監控和主動(dòng)預警。結合GPRS無(wú)線(xiàn)通信的特點(diǎn)和優(yōu)勢，設計了與互聯(lián)網(wǎng)融合的智能報警系統。通過(guò)Web服務(wù)器可實(shí)現對城市井蓋的遠程監控，并通過(guò)數據庫完成了數量龐大的井蓋信息存儲。該系統利用ZigBee網(wǎng)絡(luò )覆蓋范圍廣、低功耗、傳輸穩定的特點(diǎn)，達到了井蓋防盜的自動(dòng)化，讓井蓋丟失帶來(lái)的各種隱患問(wèn)題得以解決，在井蓋防盜領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。