一種基于ZigBee的智能防火防盜系統設計

摘要：為了高校宿舍學(xué)生學(xué)習和生活環(huán)境的安全，設計了一種以CC2530作為無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)，以DS18B20、MO-2和HC-SR501傳感器分別為溫度、煙霧和紅外數據采集節點(diǎn)的智能防火防盜系統，實(shí)現了對宿舍環(huán)境的實(shí)時(shí)監測。采用VisuaI Basic(VB)與Access數據庫相結合技術(shù)開(kāi)發(fā)了智能友好的監控界面，實(shí)現對采集數據的接收、處理和保存，并在監測到報警信號時(shí)，及時(shí)發(fā)送報警信號至監控中心進(jìn)行報警。測試表明，系統準確可靠，易于操作。

關(guān)鍵詞：高校宿舍CC2530傳感器;防火防盜;數據庫;監控界面

目前，大多高校宿舍存在的主要問(wèn)題有：1)火災隱患;2)偷盜失竊問(wèn)題。突出問(wèn)題是火災隱患問(wèn)題，而火災隱患具體體現在學(xué)生違章使用“熱得快”、電飯煲等大功率用電器，宿舍內私拉電線(xiàn)以及吸煙等。為了減少事故的發(fā)生，必須對危險源和隱患進(jìn)行監測預警，防患于未然。

傳統的防火防盜監控系統大多為有線(xiàn)方式，由于有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )固有的布線(xiàn)麻煩、可擴展性差等缺點(diǎn)，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)應用于監測系統已成為必然趨勢。ZigBee技術(shù)的出現彌補了低成本、低功耗和低速率無(wú)線(xiàn)通信市場(chǎng)的空缺，在智能家居和商業(yè)樓字自動(dòng)化方面，得到了廣泛的應用。系統運用ZigBee技術(shù)，構成樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò )結構，可以一改傳統有線(xiàn)監控系統的弊端，降低系統誤報漏報率。

1 系統總體設計

1.1 ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )拓撲結構

在ZigBee網(wǎng)絡(luò )中根據設備功能完整性可分為全功能(Full Function Device，FFD)和簡(jiǎn)化功能(Reduced Function Device，RFD)設備，其中全功能設備可作為協(xié)調器、路由器和終端設備，而簡(jiǎn)化功能設備只能用于終端設備。一個(gè)全功能設備可與多個(gè)RFD設備或多個(gè)其它FFD設備通信，而一個(gè)簡(jiǎn)化功能設備只能與一個(gè)FFD通信。ZigBee以一個(gè)個(gè)獨立工作的節點(diǎn)為依托，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信組成星狀、樹(shù)狀或網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò )，如圖1所示。本系統采用樹(shù)狀網(wǎng)結構，只有一個(gè)網(wǎng)絡(luò )協(xié)調器節點(diǎn)，若十路由器和若干終端設備組成。

1.2 系統結構圖

該系統工作工程：終端節點(diǎn)選用TI公司生產(chǎn)的CC2530，選DS18B20為溫度傳感器、MQ-2為煙霧傳感器、HC-SR501為人體紅外傳感器對宿舍的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，傳感器采集到的數據通過(guò)ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )從終端節點(diǎn)經(jīng)過(guò)路由器傳到控制中心室的協(xié)調器，管理中心為PC機，協(xié)調器通過(guò)RS232串口與PC機通信，該系統的結構框圖如圖2所示。

2 系統硬件設計

終端節點(diǎn)硬件電路主要為：處理器CC2530模塊、傳感器電路、天線(xiàn)模塊、電磁閥、電源模塊、LED指示模塊、時(shí)鐘模塊。其硬件結構圖如圖3所示。

路由器硬件包括處理器CC2530模塊、時(shí)鐘模塊、天線(xiàn)模塊、電源模塊、LED指示模塊。

協(xié)調器節點(diǎn)由電源模塊、電源轉換模塊、按鍵模塊、串口模塊、LED指示燈、處理器CC2530模塊、時(shí)鐘模塊、天線(xiàn)模塊、蜂嗚器等9部分組成。

3 系統軟件設計

3.1 IAR Embedded Workbench與Z—Stack

ZigBee協(xié)議棧的代碼編譯是在IAR集成開(kāi)發(fā)環(huán)境中進(jìn)行的，IAR Embedded Workbench(簡(jiǎn)稱(chēng)EW)的C/C++交叉編譯器和調試器是當今世界最完整的和最容易使用的專(zhuān)業(yè)嵌入式應用開(kāi)發(fā)工具，它和各種仿真器、調試器緊密結合，使用戶(hù)在開(kāi)發(fā)和調試過(guò)程中，僅使用一種開(kāi)發(fā)環(huán)境界面，就可以完成多種微控制器的開(kāi)發(fā)工作。

Z—Stack(又稱(chēng)作ZigBee 2007協(xié)議棧)是TI公司推出的基于CC2530的ZigBee協(xié)議棧，該系統的設計采用協(xié)議棧版本為ZStack-2.3.0-1.4.0。在Z-Stack協(xié)議棧中，只需在應用層根據不同功能的需要編寫(xiě)實(shí)驗程序，然后在Workspace下面的下拉列表框中分別選擇Coordina torEB、RouterEB和EnddeviceEB節點(diǎn)類(lèi)型進(jìn)行程序的編譯、調試和下載，使不同節點(diǎn)間實(shí)現無(wú)線(xiàn)通信。Z-Stack中提供的數據發(fā)送函數如下：

用戶(hù)調用該函數即可實(shí)現數據的無(wú)線(xiàn)發(fā)送。協(xié)調器對接收到的信息進(jìn)行判斷，如果是收到了無(wú)線(xiàn)數據，則調用SAMPLEAPP_MessageMSGCB(MSGpke)函數對接收的數據進(jìn)行相應的處理;如果是接收到了串口發(fā)來(lái)的數據，則調用SampleApp_SetialCMD((mtOSALSerial Data_t*)MSG pkt)函數進(jìn)行數據的相應處理。

3.2 VB與Access數據庫

運用VB與Access數據庫技術(shù)相結合開(kāi)發(fā)了該系統的監控界面，實(shí)現了對傳感器數據的保存、處理和顯示，只要監控區域中節點(diǎn)測量到溫度超過(guò)預先設定的溫度門(mén)限值，或檢測到煙霧為1，或紅外為1，監控界面就將所有報警節點(diǎn)的宿舍信息、觸發(fā)報警原因連同接收的數據一并顯示在界面上，提示操作人員是哪個(gè)宿舍的節點(diǎn)，哪一項指標出現異常。同時(shí)界面也設計了報警查詢(xún)記錄，根據管理人員選定的日期和宿舍號進(jìn)行條件查詢(xún)，便于后期查看。宿舍101紅外異常的監控界面如圖4所示。

4 結論

基于ZigBee的高校宿舍防火防盜監控系統，具有網(wǎng)絡(luò )自組織，無(wú)需布線(xiàn)、縮短工期、維護簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，克服了傳統有線(xiàn)系統的故障發(fā)生率高、誤報漏報率高等缺點(diǎn)，能夠實(shí)現傳感器數據的可靠測量、數據的傳輸和發(fā)生火災時(shí)的噴水控制，技術(shù)性能指標良好。