ZigBee的多點震動檢測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

楊婉琪 遲吉鑫 劉璐瑤

摘? ?要：該文設計了一種基于Zig Bee技術的多點震動檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)有一個主節(jié)點和多個從節(jié)點，使用多片CC2530芯片處理數(shù)據(jù)。從節(jié)點感應震動發(fā)生，通過Zig Bee技術將數(shù)據(jù)發(fā)送給主節(jié)點，主節(jié)點接收數(shù)據(jù)，進行數(shù)據(jù)處理并顯示每個節(jié)點的震動情況，如果有從節(jié)點發(fā)生震動，進行報警。經(jīng)測試，該系統(tǒng)反應迅速，可以實現(xiàn)報警功能。

關鍵詞：ZigBee;無線傳感器網(wǎng)絡;報警模塊

中圖分類號：TP393 文獻標志碼：A

中國是世界上大陸強震最多的國家，具有地震強度大、范圍廣、危險度高等特點。頻繁的地震，不僅給我國帶來了巨大的經(jīng)濟損失，也對我們的生命造成了威脅。在這種無法預測的災難面前我們更應該做好防御措施，時刻監(jiān)測地面震動，以最快的速度做出反應，減少人員傷亡和經(jīng)濟損失。因此設計多點震動檢測具有重要的現(xiàn)實意義。

ZigBee的名字來源于蜜蜂之間傳遞信息的“Z”字形舞蹈，目前已成為IEEE 802.15.4標準的代名詞。為了擴大ZigBee產品市場，實現(xiàn)規(guī)?；?jīng)濟，從而推動ZigBee技術的合理和快速發(fā)展，由來自全球各地的300多家企業(yè)組成ZigBee行業(yè)聯(lián)盟。聯(lián)盟目前已經(jīng)匯聚了多個創(chuàng)新機構共同創(chuàng)建ZigBee標準，截至當前，已將此標準應用于數(shù)以億計認證并部署的物聯(lián)網(wǎng)產品。利用其互操作性和向后兼容的特點，進一步延長ZigBee產品的使用壽命，降低成本。就目前ZigBee技術而言，國內外學者的研究主要集中在應用和信息采集領域。ZigBee標準將網(wǎng)絡中的節(jié)點分為3種類型：協(xié)調器（Coordinator Device）、路由器（Router Device）和終端設備（End Device）。除路由器和終端設備一般采用干電池或者蓄電池來供電外，協(xié)調器節(jié)點則由穩(wěn)定電源供電。

1 無線傳感器網(wǎng)絡

無線傳感器網(wǎng)絡目前是較為常見的一種通信網(wǎng)絡技術，其本質上是一種經(jīng)過有關靜止傳感器以及移動傳感器，通過自組織、多跳等方式構成的一種無線網(wǎng)絡。它可以實現(xiàn)在固定區(qū)域內進行數(shù)據(jù)的采集、預處理、匯總等工作，最終將預處理后的信息傳輸?shù)骄W(wǎng)絡終端進行分析挖掘等工作。另外， 無線傳感器網(wǎng)絡屬于分布式的傳感網(wǎng)絡， 它的優(yōu)勢在于可以感知并檢查其外部環(huán)境狀況，進而及時進行相關的反饋。作為無線傳感器網(wǎng)絡中的重要組成部分，傳感器能夠通過無線的方式進行組網(wǎng)通信連接， 并且其網(wǎng)絡設置上也較為方便、快捷， 不用會受各種約束，因此可以對其設備位置進行隨意更改， 當然也可以通過有線的方式連接到互聯(lián)網(wǎng)上進行數(shù)據(jù)共享和進一步分析。此網(wǎng)絡也是通過無線通信機制建立起的一種多跳自組織網(wǎng)絡。綜上所述無線傳感器網(wǎng)絡綜合了采集參數(shù)、處理參數(shù)及傳輸參數(shù)等多個功能。

2 系統(tǒng)結構

系統(tǒng)采用ZigBee無線通信技術傳輸數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多數(shù)據(jù)遠距離實時傳送震動情況。系統(tǒng)整體結構框圖如圖1所示。

該系統(tǒng)有一個主節(jié)點和多個從節(jié)點，單片機模塊使用多片CC2530芯片處理數(shù)據(jù);從節(jié)點的CC2530芯片連接震動傳感器、LED燈和天線，主節(jié)點的CC2530芯片連接顯示屏、報警模塊和天線。傳感器使用SW-420震動傳感器采集數(shù)據(jù);無線通信模塊使用ZigBee技術，ZigBee是一種高可靠的無線數(shù)據(jù)傳播網(wǎng)絡，每個ZigBee網(wǎng)絡節(jié)點不僅可以作為監(jiān)控對象，還可以自動中轉別的網(wǎng)絡節(jié)點傳過來的數(shù)據(jù)資料。當從節(jié)點感應到震動發(fā)生時，通過ZigBee技術將數(shù)據(jù)發(fā)送給主節(jié)點，主節(jié)點將接收到的數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理;顯示模塊顯示每個節(jié)點的震動情況，如果有從節(jié)點所在環(huán)境發(fā)生震動，報警模塊會進行聲光報警。

3 系統(tǒng)設計

首先要實現(xiàn)ZigBee無線通信，實現(xiàn)ZigBee通信首先要關閉所有中斷，初始化內部系統(tǒng)時鐘，檢查處理器電壓是否正常，初始化I/O，然后配置好協(xié)議棧;再調用協(xié)議棧的組網(wǎng)函數(shù)，加入網(wǎng)絡并創(chuàng)建節(jié)點。組建網(wǎng)絡成功后，LED燈閃爍表示組網(wǎng)通信成功。當從節(jié)點發(fā)生震動時，通過ZigBee將數(shù)據(jù)從從節(jié)點傳輸給主節(jié)點，主節(jié)點接收到數(shù)據(jù)，顯示發(fā)生震動并聲光報警。當沒有震動發(fā)生時，也通過ZigBee將數(shù)據(jù)從從節(jié)點傳輸給主節(jié)點，主節(jié)點接收到數(shù)據(jù)，顯示沒有發(fā)生震動，不報警。總流程圖如圖2所示。

各模塊初始化包括顯示初始化、報警初始化、傳感器初始化、應用初始化;組建ZigBee網(wǎng)絡由主節(jié)點發(fā)起;從節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)為震動傳感器采集到的數(shù)據(jù);主節(jié)點接收到數(shù)據(jù)后判斷是否有震動產生，并顯示判斷結果及報警與否。

4 系統(tǒng)調試

采用模塊調試，先對每個模塊進行調試，實現(xiàn)各自的功能，然后再將它們組合成系統(tǒng)，進行系統(tǒng)調試。

報警模塊調試：將報警模塊分別連接到主從節(jié)點單片機模塊，用程序控制各自的LED燈閃爍，并且每一個節(jié)點的LED燈閃爍頻率不同。報警模塊調試成功之后，可以利用報警模塊來檢測其他模塊。

顯示模塊調試：調試的目的是顯示規(guī)定的內容，并且字符排列順序要按規(guī)定排列。

傳感器模塊調試：將傳感器模塊和從節(jié)點單片機模塊連接，傳感器感應到震動時，從節(jié)點的LED燈點亮，不再震動時，LED燈熄滅。

無線通信模塊調試：首先要完成單對單的調試，再進行多對單的調試。多對單的重點是識別從節(jié)點，這就需要給從節(jié)點設置標志位，將標志位存入發(fā)送數(shù)據(jù)中，并發(fā)送至主節(jié)點，主節(jié)點接收從節(jié)點發(fā)送的數(shù)據(jù)，通過讀取標志位來判斷是哪個從節(jié)點發(fā)送來的數(shù)據(jù)。多對單調試成功后再完成從節(jié)點到主節(jié)點的傳輸距離測試。

5結論

該文設計的多點震動檢測系統(tǒng)，不僅能夠快速檢測到震動發(fā)生，還能顯示是哪個從節(jié)點發(fā)生的震動，并實現(xiàn)報警。該系統(tǒng)采用無線通信技術使傳輸數(shù)據(jù)安全可靠迅速，可以實現(xiàn)報警，減小傷亡率，具有很高的經(jīng)濟社會價值，應用前景十分廣闊。

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