基于ZigBee無線傳感器低能耗火警智能報警系統(tǒng) 的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)研究

蔡志猛

摘?要：本文主要介紹了一種以ZigBee技術(shù)為基礎(chǔ)的火警智能報警系統(tǒng)設(shè)計，利用一氧化碳、煙霧以及溫度等三種傳感器，通過ZigBee技術(shù)建立起傳感器無線連通網(wǎng)絡(luò)，文章具體介紹了四個部分，分別是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、系統(tǒng)硬件設(shè)計和系統(tǒng)軟件設(shè)計等，希望能給相關(guān)人士提供一些參考。

關(guān)鍵詞：ZigBee技術(shù);火警報警;系統(tǒng)設(shè)計

通過火警報警系統(tǒng)可以趕在火災(zāi)發(fā)生前及時發(fā)現(xiàn)火情，并進(jìn)行報警，并及時采取合理措施進(jìn)行滅火，能夠預(yù)防各種大型火災(zāi)問題的爆發(fā)。同時通過無線傳感網(wǎng)絡(luò)還能減少安裝費(fèi)用，讓整體安裝性能更加靈活，同時在安裝系統(tǒng)的過程中還能方便零件的移動。

一、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文中以ZigBee為基礎(chǔ)的火警報警系統(tǒng)，我們能夠發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中主要是通過由路由器節(jié)點(diǎn)所組成的多種無線終端以及一氧化碳、煙霧傳感器、溫度傳感器等形成傳感器模塊將相關(guān)數(shù)據(jù)信息通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)輸送到管控中心，隨后對整個系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)處理以及控制進(jìn)行相應(yīng)的操作，監(jiān)控主機(jī)主要是利用串口來接收傳送的信息，隨后對無線網(wǎng)絡(luò)中收集而來的信息進(jìn)行準(zhǔn)確的評估判斷與處理計算，進(jìn)行實(shí)時儲存，并將結(jié)果準(zhǔn)確顯示出來。支持?jǐn)?shù)據(jù)庫刪除記錄、添加記錄以及條件查詢等工作。

火警報警系統(tǒng)主要是由數(shù)據(jù)接收終端和數(shù)據(jù)采集終端等兩部分組成，數(shù)據(jù)采集終端主要包括ZigBee通訊模塊、MCU微控制模塊和傳感器等部分。其中ZigBee通訊模塊與MCU之間主要是利用SPI總線進(jìn)行互相連接的。至于數(shù)據(jù)接收終端也同樣是通過ZigBee模塊進(jìn)行操作，同時利用異步串口RS232和PC機(jī)進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)接收終端可以將采集到的信息發(fā)送到PC機(jī)中，同時還能將控制信號傳輸給采集模塊。

二、ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要包括三種拓?fù)淠Ｊ剑謩e是簇型、網(wǎng)型與星型。而本文中的系統(tǒng)設(shè)計主要是一種網(wǎng)型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。[1]在網(wǎng)絡(luò)層中，ZigBee一共定義三種功能模塊，首先是協(xié)調(diào)器，主要是用來建立網(wǎng)絡(luò)，其次便是路由器，負(fù)責(zé)修復(fù)、建立和查詢信息路徑，同時負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)。最后是各種設(shè)備終端，只能添加到已有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)當(dāng)中，能夠接收和發(fā)送信息，但是無法轉(zhuǎn)發(fā)信息，沒有路由功能。網(wǎng)絡(luò)路由器和協(xié)調(diào)器主要是通過全功能FFD設(shè)備實(shí)現(xiàn)，終端設(shè)備通過功能器件簡化RFD實(shí)現(xiàn)。

在此次設(shè)計過程中，終端主要是由路由器和傳感器共同組成的，在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中也只有協(xié)調(diào)器和終端兩種功能板塊，同時還屬于一種全功能類型的設(shè)備。將終端設(shè)置在需要進(jìn)行檢測的區(qū)域當(dāng)中，主要是用來收集各種數(shù)據(jù)信息，隨后將采集來的所有信息全部發(fā)送到距離最近的協(xié)調(diào)器或是終端當(dāng)中，終端和終端，以及終端和協(xié)調(diào)器之間都可以實(shí)現(xiàn)雙向通訊，距離較大的終端可以通過期間數(shù)個終端將數(shù)據(jù)發(fā)送到協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)當(dāng)中。隨后協(xié)調(diào)器將全部數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總，并利用RS232總線將信息發(fā)送給管理中心，通過這種設(shè)計模式，能夠促進(jìn)ZigBee拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的有效優(yōu)化，數(shù)據(jù)信息輸送路徑較短，同時信息輸送方式較為靈活，傳輸速度快。

三、系統(tǒng)硬件設(shè)計

傳感器節(jié)點(diǎn)主要包括一氧化碳傳感器、煙霧傳感器和溫度傳感器等結(jié)構(gòu)組成。其中溫度傳感器主要是DS18B20，屬于一種一線模式的數(shù)字溫度型的傳感設(shè)備，能夠促進(jìn)形成分布式的測溫多點(diǎn)系統(tǒng)。[2]至于煙霧傳感器可以選擇MQ-2類型的氣體傳感器，這種類型的傳感器探測范圍比較廣，同時靈敏度也較為突出，能夠在液化氣、氫氣、丙烷、丁烷、甲烷、煙霧等內(nèi)容探測過程中發(fā)揮良好的效用。CO氣敏傳感設(shè)備主要是由MOTOROLA企業(yè)所研制出來的MGS1100半導(dǎo)體檢測器所組成，這種部件的整體體積較小，同時不會受到周圍環(huán)境溫度的太大影響，工作特性相對一致。

主控MCU主要是由單片機(jī)STC89LE516AD所組成，屬于增強(qiáng)型51內(nèi)核、八單位的單片機(jī)，能夠和INTELMCS51系列的單片機(jī)互相兼容，其中MCU主要是經(jīng)過兩種全雙工串口和ZigBee模塊與現(xiàn)場設(shè)備進(jìn)行連接。STC89LE516AD的片上儲存功能豐富而強(qiáng)大，擁有512字節(jié)RAM與64KBFLASH。ZigBee通訊模塊主要是使用CC2530這種類型的芯片，CC2530這款芯片屬于一種高性能、低功耗、低成本的無線接收芯片，同時能夠利用較低的材料成本構(gòu)建其良好的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計

本文中所介紹系統(tǒng)的軟件主要包括協(xié)調(diào)器程序、路由器程序、數(shù)據(jù)采集程序等，為了能夠促進(jìn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)低功耗運(yùn)行的目標(biāo)，在進(jìn)行軟件設(shè)計的過程中，應(yīng)該將工作模式與休眠模式有機(jī)結(jié)合起來，從而在減少運(yùn)行功耗的同時，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

五、結(jié)語

綜上所述，文章主要研究內(nèi)容就是針對一氧化碳、煙霧和溫度，通過以ZigBee技術(shù)為基礎(chǔ)設(shè)計火警報警系統(tǒng)，這種火災(zāi)報警系統(tǒng)提高了火災(zāi)監(jiān)測過程中的可靠性，預(yù)防誤報問題的出現(xiàn)，此外還能同時監(jiān)測多個區(qū)域，性價比較高，開發(fā)成本低，安裝過程簡單，擁有較高的推廣價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳文波，黃智偉.基于無線射頻的小區(qū)火警報警系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J].中國科技信息，2015（05）：94-95.

[2]張定乾，吳永弘.基于ZigBee技術(shù)的火警報警系統(tǒng)的研究[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2014（04）：69-70.