基于ZigBee的宿舍管理系統(tǒng)

西北民族大學電氣工程學院 鄧天金 林曉毅 馬瑾瑜

0 引言

隨著高校的擴招，在校學生的數量龐大，宿舍的安全和管理問題日漸得到重視。傳統(tǒng)的宿舍管理模式存在著較大的弊端，如管理人員數量遠少于需要管理的宿舍數量，使得監(jiān)管無法面面俱到，不僅讓管理人員面臨巨大的壓力，而且寢室的安全也無法保障。

針對以上問題設計了基于ZigBee協(xié)議的宿舍管理系統(tǒng)。將每個宿舍視為終端節(jié)點，通過節(jié)點采集宿舍環(huán)境數據，用戶也可以通過節(jié)點發(fā)送消息尋求幫助，將這些數據通過路由器轉發(fā)或者直接發(fā)送給協(xié)調器，協(xié)調器與PC機進行串口通信，數據將被上傳到上位機并顯示，此時管理人員可以根據信息作出決策，實現智能化管理。

1 總體設計

該設計以CC2530單片機為核心控制器，終端的外圍設備分別為DHT11溫濕度傳感器模塊、OLED液晶顯示模塊、MQ-2煙霧傳感器模塊、繼電器、人體紅外、按鍵等。將每個終端的數據通過路由器轉發(fā)或者直接發(fā)送給協(xié)調器，協(xié)調器將數據通過串口通信發(fā)送到PC機，并在上位機上顯示出來。上位機主要顯示傳感器的數據，并且當有傳感器數據異常（例如煙霧濃度過高）對應的圖標則被點亮，提醒管理人員及時處理。用戶按下終端上“幫助”按鍵時，也會點亮上位機上對應的圖標。

圖1 系統(tǒng)總體設計框圖

2 硬件設計

2.1 主控芯片

CC2530是專門針對IEEE 802.15.4和ZigBee應用的芯片。此外，CC2530結合了一個完全集成的，高性能的RF收發(fā)器與一個8051微處理器，8kB的RAM，32/64/128/256KB閃存，以及其他強大的支持功能和外設，性能高，易操作。

2.2 溫濕度傳感器

DHT11數字溫濕度傳感器是一款含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，它應用專用的數字模塊采集技術和溫濕度傳感技術，采用單總線接口，接線簡單。工作電壓：3-5V的直流電壓。MQ-2煙霧傳感器：具有雙路信號輸出，TTL輸出有效信號為低電平，模擬亮輸出0～5V電壓，濃度越高，電壓越高?？捎糜诠I(yè)氣體泄漏監(jiān)測，例如：液體氣，丁烷，丙烷，甲烷，酒精，氫氣，煙霧等。

2.3 人體紅外熱釋電傳感器

人體紅外熱釋電傳感器主要探測人體輻射。所以熱釋電元件對波長為10UM左右的紅外輻射必須非常敏感，當傳感器接收到人體紅外輻射后產生溫度變化，電荷失去平衡，向外釋放電荷，經過電路處理后，能產生報警信號。

2.4 OLED液晶顯示屏

OLED液晶顯示屏是一款可以顯示中文，英文，數字的顯示屏，采用SPI通信，只需要占用4個IO口，體積小，使用方便，在終端顯示采集數據，實現人機交互。

3 組網流程

如圖2所示系統(tǒng)的組網流程。ZigBee網絡中，存在協(xié)調器，路由器和終端。（1）協(xié)調器：協(xié)調器負責啟動整個網絡，當協(xié)調器上電后，會選擇一個信道和一個網絡ID(即PIN ID)隨后啟動整個網絡。數據包就可以在指定的信道中進行傳輸。當協(xié)調器設備斷電時，整個網絡就消失，協(xié)調器是一個網絡中不可缺少且唯一的。（2）路由器：路由器在網絡中的主要功能是允許其他設備（終端）加入網絡。并且可以轉發(fā)終端的數據，可以擴大終端數據的傳輸距離，由于宿舍樓層跨度大，數量多。所以網絡中用到大量路由器，轉發(fā)終端節(jié)點的數據。若是小規(guī)模，近距離的網絡中，可以不需要路由器，在網絡中路由器可以有多個但不是必要的。（3）終端：終端在網絡中主要負責采集傳感器數據，不能轉發(fā)其他節(jié)點的數據包，一般網絡中依據需求可以有多個終端。

圖2 組網流程

組網流程：首先，由協(xié)調器進行信道掃描，找到合適的信道后，協(xié)調器為網絡選定一個網絡標識符（PIN ID）這個ID在所使用的信道中必須是唯一的，且協(xié)調器將自身網絡短地址設為0x0000，到此ZigBee網絡初始化完成。終端節(jié)點和路由器節(jié)點會向協(xié)調器提出入網請求，協(xié)調器響應后，為每個節(jié)點設備分配不同的網絡短地址，通過這個地進行數據的發(fā)送和接收，組成ZigBee網絡。

4 結語

本設計通過以CC2530核心微控制器?；赯igBee協(xié)議，將眾多節(jié)點組成傳感器網絡，實現對宿舍樓情況的監(jiān)控，終端上配備OLED，學生也可以通過OLED查看當前宿舍的環(huán)境情況。而管理員則是通過上位機來監(jiān)測宿舍樓的情況。所以，本設計需要自主開發(fā)一款上位機，該設計上位機開發(fā)用到的是C#語言，且大多利用圖標顯示，而不是純文本，使得可觀性更強。通過本次設計的經驗發(fā)現ZigBee協(xié)議有廣闊的運用前景。

引文

①彭燕.基于ZigBee的無線傳感器網絡研究[J].現代電子技術,2011(05).

②孫其博,劉杰,黎羴,范春曉,孫娟娟.物聯(lián)網:概念、架構與關鍵技術研究綜述[J].北京郵電大學學報,2010(03).

③王保云.物聯(lián)網技術研究綜述[J].電子測量與儀器學報,2009(12).

④黃汝銳.高校學生綜合樓智能電能計量系統(tǒng)的應用[J].科技創(chuàng)新導報,2009(27).

⑤姚春.Zigbee在大數量節(jié)點應用中的問題研究[J].微計算機信息,2009(02).