基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)和Android技術(shù)的檔案庫房智能管理平臺(tái)設(shè)計(jì)

文 / 張興

檔案是一種不可再生的信息資源，是人類極其寶貴的精神文化財(cái)富。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和社會(huì)旳不斷進(jìn)步，人們對(duì)檔案的利用需求日益增強(qiáng)。然而在檔案的管理中發(fā)現(xiàn)，受檔案庫房環(huán)境影響，所保存的檔案時(shí)常會(huì)出現(xiàn)發(fā)霉、變質(zhì)等現(xiàn)象。檔案法對(duì)檔案庫房環(huán)境有嚴(yán)格的“八防”要求，即防火、防塵、防蟲、防潮、防鼠、防盜、防強(qiáng)光、防高溫。為了保證檔案的安全存放，我們必須對(duì)檔案庫房加以技術(shù)改造，使其環(huán)境參數(shù)穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，作為物理網(wǎng)重要技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療護(hù)理、軍事應(yīng)用、智能家居和工業(yè)自動(dòng)化等多個(gè)領(lǐng)域。本文正是在此技術(shù)背景下，結(jié)合檔案庫房日常管理工作，提出了一種基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和Android技術(shù)來實(shí)現(xiàn)檔案庫房智能管理的設(shè)計(jì)構(gòu)想，實(shí)現(xiàn)對(duì)檔案庫房環(huán)境參數(shù)和設(shè)備工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并以圖形化界面的形式顯示于管理員主機(jī)，并且能在手機(jī)端與管理員進(jìn)行遠(yuǎn)程交互操作，當(dāng)某項(xiàng)環(huán)境參數(shù)超過規(guī)定值時(shí)，相關(guān)電氣設(shè)備便會(huì)啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的智能控制，從而最大程度地節(jié)約人力、物力、財(cái)力，提高檔案管理的工作效率。

一、檔案庫房管理平臺(tái)總體方案設(shè)計(jì)

平臺(tái)具體功能如下：

1.平臺(tái)基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，利用ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)無線傳感器組網(wǎng)；

2.利用溫濕度傳感器、煙霧傳感器、熱釋電紅外傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)檔案館溫濕度參數(shù)、煙霧參數(shù)、紅外參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；同時(shí)，結(jié)合繼電器控制模塊控制空調(diào)設(shè)備和照明設(shè)備工作電路的開關(guān)，從而實(shí)現(xiàn)空調(diào)設(shè)備和照明設(shè)備的智能控制，實(shí)現(xiàn)檔案庫房智能化管理；

3.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)采集到的環(huán)境參數(shù)值在PC上位機(jī)服務(wù)器端程序界面直觀顯示，方便檔案管理人員從本地和遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；同時(shí)，手機(jī)端的檔案庫房管理平臺(tái)APP也可以遠(yuǎn)程顯示檔案館的環(huán)境參數(shù)和電氣設(shè)備運(yùn)行狀況。

二、平臺(tái)的硬件設(shè)計(jì)

檔案庫房管理平臺(tái)硬件主要包括ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主模塊（協(xié)調(diào)器、路由器、終端節(jié)點(diǎn)）和傳感器模塊（溫濕度傳感器、煙霧傳感器、熱釋電紅外傳感器、繼電器控制模塊）。

（一）ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)主模塊硬件設(shè)計(jì)

本文選擇的ZigBee模塊是CC2530芯片[1]，該芯片采用的是高性能的8051微處理器，隨機(jī)存儲(chǔ)器的大小達(dá)到8K，而且具有強(qiáng)大的外設(shè)支持能力。

1.ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器結(jié)構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器作為主控制模塊和其他節(jié)點(diǎn)信息交換的總樞紐，一方面通過RS232串行總線與PC上位機(jī)相連，另一方面通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器與路由節(jié)點(diǎn)和終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信息數(shù)據(jù)交換。

2.ZigBee網(wǎng)絡(luò)路由器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。路由器節(jié)點(diǎn)完成協(xié)調(diào)器與終端設(shè)備傳感器節(jié)點(diǎn)之間信息數(shù)據(jù)的中繼轉(zhuǎn)發(fā)，并對(duì)路由表進(jìn)行維護(hù)。3.ZigBee網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)。終端節(jié)點(diǎn)是ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)最終端，用于采集檔案庫房內(nèi)的溫濕度、煙霧、熱釋電紅外信號(hào)等數(shù)據(jù)，并結(jié)合繼電器控制模塊實(shí)現(xiàn)照明系統(tǒng)和空調(diào)設(shè)備的智能控制。

（二）無線傳感器模塊硬件設(shè)計(jì)

1.溫濕度傳感器硬件設(shè)計(jì)。本文選擇的是DHT11溫濕度傳感器。該產(chǎn)品具有高性價(jià)比、響應(yīng)迅速、抗干擾強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[2]。圖1是DH11與CC2530的接口電路圖。

2.煙霧傳感器硬件設(shè)計(jì)。煙霧傳感器采用是MQ-2[3]。圖2為煙霧傳感器的的設(shè)計(jì)原理圖。

圖1 DHT11傳感器接口電路

圖2 煙霧傳感器的設(shè)計(jì)原理圖

3.熱釋電紅外傳感器。本文選擇的熱釋電紅外傳感器型號(hào)是HC-SR501[4]。其工作原理[5]是感應(yīng)紅外線并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，然后報(bào)警電路根據(jù)傳遞過來的電信號(hào)發(fā)出報(bào)警音等現(xiàn)象。

4.繼電器控制模塊硬件設(shè)計(jì)。本文選擇的繼電器控制模塊的型號(hào)是SRD-05VDC-SL-C，其工作原理[6]是根據(jù)某種輸入信號(hào)的變化，而接通或斷開控制電路，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制和保護(hù)電力拖動(dòng)系統(tǒng)的電器。

三、平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)

平臺(tái)的軟件設(shè)計(jì)主要包括ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組建、終端節(jié)點(diǎn)無線傳感器的軟件設(shè)計(jì)、PC上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)、手機(jī)端APP設(shè)計(jì)四部分。

（一）ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)組建

單獨(dú)的協(xié)調(diào)器就可以組建一個(gè)ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，一般來說，組建網(wǎng)絡(luò)首先要檢測(cè)是否存在協(xié)調(diào)器，當(dāng)檢測(cè)到協(xié)調(diào)器的時(shí)候，協(xié)調(diào)器在指定的網(wǎng)絡(luò)信道范圍內(nèi)進(jìn)行能量掃描并進(jìn)行監(jiān)聽，然后選擇一個(gè)干擾和沖突最少的建立網(wǎng)絡(luò)，最后進(jìn)一步設(shè)置其余網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，包括PAN標(biāo)識(shí)、網(wǎng)絡(luò)地址、擴(kuò)展PAN標(biāo)識(shí)等[7]。

（二）無線傳感器的軟件設(shè)計(jì)

1.溫濕度傳感器的軟件設(shè)計(jì)。溫濕度傳感器采集環(huán)境中溫濕度，并把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行傳輸。軟件控制[8]流程如圖3所示。

2.煙霧傳感器的軟件設(shè)計(jì)。煙霧傳感器對(duì)環(huán)境中煙霧濃度進(jìn)行采集，并把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)進(jìn)行傳輸。軟件控制流程如圖4所示。

3.熱釋電紅外傳感器的軟件設(shè)計(jì)。熱釋電紅外傳感器對(duì)是否探測(cè)到紅外物體以高低電平的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。軟件程序設(shè)計(jì)流程如圖5所示

圖4 煙霧傳感器控制流

圖5 熱釋電傳感器控制流程圖

4.繼電器控制模塊的軟件設(shè)計(jì)。繼電器控制模塊是通過判斷熱釋電紅外傳感器和溫濕度傳感器采集的數(shù)據(jù)，對(duì)比規(guī)定的環(huán)境參數(shù)范圍，來確定對(duì)繼電器模塊高低電平輸入，從而達(dá)到繼電器控制模塊的開關(guān)，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)檔案庫房電氣設(shè)備的開關(guān)控制。

（三）PC上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

無線傳感器節(jié)點(diǎn)將采集的環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送到PC端，PC端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、運(yùn)算、顯示并與設(shè)定好的參數(shù)對(duì)比，結(jié)合繼電器來智能化地控制檔案庫房的空調(diào)設(shè)備和照明設(shè)備。圖6和圖7是PC上位機(jī)服務(wù)器程序在不同檔案庫房環(huán)境條件下的運(yùn)行界面。

圖6 PC上位機(jī)服務(wù)器程序運(yùn)行界面

圖7 PC上位機(jī)服務(wù)器程序運(yùn)行界面

（四）手機(jī)端app設(shè)計(jì)

本文利用Android技術(shù)開發(fā)檔案庫房智能管理平臺(tái)手機(jī)端APP，庫房環(huán)境數(shù)據(jù)能實(shí)時(shí)在手機(jī)端顯示

圖8和圖9是不同檔案庫房環(huán)境條件下檔案庫房智能管理平臺(tái)手機(jī)端APP的運(yùn)行界面。

圖8 檔案庫房管理平臺(tái)手機(jī)APP運(yùn)行界面

圖9 檔案庫房管理平臺(tái)手機(jī)APP運(yùn)行界面

從圖8和圖9可以看出，檔案庫房管理平臺(tái)APP與 PC上位機(jī)服務(wù)器程序通過網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，APP程序界面可以直觀地顯示檔案庫房的各傳感器采集的數(shù)據(jù)，以及與照明設(shè)備和空調(diào)設(shè)備相連的繼電器狀態(tài)信息。當(dāng)溫度、濕度值在檔案館要求（即溫度14℃—24℃，相對(duì)濕度是45%—60%）[9]范圍之外的時(shí)候，APP界面中繼電器按鈕背景變?yōu)榧t色，表示繼電器控制模塊就會(huì)控制空調(diào)設(shè)備開始工作溫度；當(dāng)煙霧值超過40時(shí)，對(duì)應(yīng)文本框是顯示為“火警”，同時(shí)，終端設(shè)備上led1燈亮；當(dāng)終端設(shè)備熱釋電紅外傳感器感應(yīng)到有人進(jìn)入檔案庫房時(shí)，APP界面中人體紅外按鈕背景變?yōu)榧t色，同時(shí)，繼電器控制模塊狀態(tài)變?yōu)橥姞顟B(tài)，與繼電器模塊相連的照明設(shè)備進(jìn)入工作狀態(tài)。

四、結(jié)語

基于Zigbee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和Android技術(shù)的檔案庫房智能管理平臺(tái)，能實(shí)時(shí)采集、分析檔案庫房環(huán)境信息并結(jié)合繼電器控制模塊智能控制相應(yīng)的電氣設(shè)備（照明設(shè)備，空調(diào)設(shè)備）的開關(guān)。本平臺(tái)將在保護(hù)檔案、安全管理檔案庫房、節(jié)約能源、提高檔案管理人員的工作效率等方面起到積極作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]余成波,馮麗輝,潘盛輝.虛擬儀器技術(shù)與設(shè)計(jì)[M].重慶:重慶大學(xué)出版社,2006:28-29.

[2]張翔.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)研究[J].防災(zāi)科技學(xué)院學(xué)報(bào),2011(1).

[3]施邦平.基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在滅火救援中的應(yīng)用[J].消防科學(xué)與技術(shù),2009(2).

[4]Freescale Platform Reference Manual for ZigBee 2007[M].Freescale Semiconductor,2008.

[5]劉靜,趙望達(dá).基于ZigBee技術(shù)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用,2007(1).

[6]符鶴,周忠華.藍(lán)牙技術(shù)的原理及其應(yīng)用[J].微型電腦應(yīng)用,2006 (7).

[7]黃磊,付菲.基于ZigBee技術(shù)的智能家居方案研究[J].微計(jì)算機(jī)信息,2009(5).

[8]朱明.分布智能火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)研究[D].華中科技大學(xué),2004.

[9]楊培鷹.論檔案庫房溫濕度觀測(cè)數(shù)據(jù)的處理問題[J].山西檔案,2001(2).