ZigBee在學(xué)生公寓安全監控系統中應用

　　2 硬件單元設計

　　2.1 終端節點(diǎn)設計

　　終端節點(diǎn)的主要功能是數據采集。由于終端節點(diǎn)需要長(cháng)時(shí)間運行，因此采用低功耗的MCU，硬件電路結構應盡量簡(jiǎn)單，降低系統功耗，終端節點(diǎn)硬件結構如圖3所示。

　　CC2430是Chipcon公司(編者注：已被TI公司收購)推出的用來(lái)實(shí)現嵌入式ZigBee應用的片上系統，它集成了CC2420RF收發(fā)器、增強工業(yè)標準的8051MCU、32/64/128KB閃存、8KB SRAM等高性能模塊，具有超低能耗。

　　天線(xiàn)部分使用外接的單極天線(xiàn)，電源采用CR14250型號鋰電池，它具有電壓高、重量輕、體積小等優(yōu)點(diǎn)，可以滿(mǎn)足監控子節點(diǎn)小型化、長(cháng)期運行、低功耗的要求。為防止電源電壓不穩定，使用相關(guān)的穩壓芯片并在電源輸入端加入電容，濾除電源噪聲。

　　2.2 協(xié)調器節點(diǎn)設計

　　協(xié)調器是整個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò )的核心，具有網(wǎng)絡(luò )的發(fā)起、建立、參數的設定、網(wǎng)絡(luò )管理和維護等功能。協(xié)調器節點(diǎn)的處理能力、存儲能力和通信能力相對較強，采用三星公司S3C2410作為協(xié)調器的主控模塊，內嵌Linux操作系統，通過(guò)SPI與CC2430模塊連接。S3C2410最高工作頻率達203MHz，體積小、功耗低，擁有豐富片的外資源。協(xié)調器節點(diǎn)硬件結構如圖4所示，它主要包括電源模塊、無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊以及JTAG調試接口等。節點(diǎn)提供JTAG調試接口，只需外接調試器即可進(jìn)行系統在線(xiàn)調試，方便系統程序的二次開(kāi)發(fā)。無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊采用CC2430外加低功耗、高性能射頻前端CC2591芯片，通信距離可達1000m左右，增加網(wǎng)絡(luò )覆蓋的范圍，增強節點(diǎn)的無(wú)線(xiàn)收發(fā)能力。節點(diǎn)通過(guò)串口或網(wǎng)口與監控中心的計算機通信。

　　2.3 檢測電路設計

　　主要功能包括：

　　(1)檢測火災發(fā)生并報警,在宿舍及樓道內部署煙霧傳感器和溫度傳感器，采樣點(diǎn)數符合覆蓋面積互補原則，避免出現監測盲區，全面監測火災發(fā)生。

　　(2)監測惡性負載(如電熱爐、熱水器等大功率違規設備的使用，一旦發(fā)現立刻斷電，記錄宿舍號等信息。

　　(3)當宿舍發(fā)生非法人員入侵時(shí)，立刻報警，并記錄現場(chǎng)狀況信息。

　　2.3.1 惡性負載檢測電路

　　惡性負載(如電熱爐、熱水器等)是線(xiàn)性負載，這類(lèi)負載一般僅由電阻組成，不包含電容等元件，所以其輸入電壓波形與輸入電流波形在形狀上是一致的。而計算機、電視機之類(lèi)的非線(xiàn)性負載，在負載電路中一般有電容存在，這使得電源只有在高于電容電壓時(shí)做功，導致輸入電流發(fā)生畸變，所以對于這類(lèi)設備，雖然輸入的交流電壓是正弦波形，但其輸入交流電流的波形卻嚴重畸變，呈脈沖狀。利用這一特點(diǎn)，通過(guò)對電流波進(jìn)行周期性采樣，求出電流波形在正半周內的面積，利用不同負載對應電流波形正半周面積不同這一原理來(lái)識別負載^[4]。具體硬件單元電路如圖5所示。

　　R0將負載上的電流波轉換為電壓波后，經(jīng)過(guò)放大整形電路送入多路選擇器，CC2430內部的8051 MCU通過(guò)輸出周期性的選通信號控制多路選擇器的使能端來(lái)實(shí)現數據的周期性采樣。采樣信號送入A/D轉換器，轉換完成之后送入CC2430暫存起來(lái)，發(fā)送到管理中心計算機，利用軟件分析來(lái)識別惡性負載，根據分析結果發(fā)出切斷負載供電指令。