基于ZigBee无线传感器低能耗火警智能报警系统的设计与实现研究

来源: 发布时间:2019-08-07 09:41:01

  摘要:本文主要介绍了一种以ZigBee技术为基础的火警智能报警系统设计,利用一氧化碳、烟雾以及温度等三种传感器,通过ZigBee技术建立起传感器无线连通网络,文章具体介绍了四个部分,分别是系统结构设计、ZigBee无线网络设计、系统硬件设计和系统软件设计等,希望能给相关人士提供一些参考。

  关键词:ZigBee技术;火警报警;系统设计

  引言:通过火警报警系统可以赶在火灾发生前及时发现火情,并进行报警,并及时采取合理措施进行灭火,能够预防各种大型火灾问题的爆发。同时通过无线传感网络还能减少安装费用,让整体安装性能更加灵活,同时在安装系统的过程中还能方便零件的移动。

  一、系统结构设计

  本文中以ZigBee为基础的火警报警系统,我们能够发现系统中主要是通过由路由器节点所组成的多种无线终端以及一氧化碳、烟雾传感器、温度传感器等形成传感器模块将相关数据信息通过ZigBee网络输送到管控中心,随后对整个系统中的数据处理以及控制进行相应的操作,监控主机主要是利用串口来接收传送的信息,随后对无线网络中收集而来的信息进行准确的评估判断与处理计算,进行实时储存,并将结果准确显示出来。支持数据库删除记录、添加记录以及条件查询等工作。

  火警报警系统主要是由数据接收终端和数据采集终端等两部分组成,数据采集终端主要包括ZigBee通讯模块、MCU微控制模块和传感器等部分。其中ZigBee通讯模块与MCU之间主要是利用SPI总线进行互相连接的。至于数据接收终端也同样是通过ZigBee模块进行操作,同时利用异步串口RS232和PC机进行通信。数据接收终端可以将采集到的信息发送到PC机中,同时还能将控制信号传输给采集模块。

  二、ZigBee无线网络设计与实现

  ZigBee网络主要包括三种拓扑模式,分别是簇型、网型与星型。而本文中的系统设计主要是一种网型的拓扑结构[1]。在网络层中,ZigBee一共定义三种功能模块,首先是协调器,主要是用来建立网络,其次便是路由器,负责修复、建立和查询信息路径,同时负责转发。最后是各种设备终端,只能添加到已有网络系统当中,能够接收和发送信息,但是无法转发信息,没有路由功能。网络路由器和协调器主要是通过全功能FFD设备实现,终端设备通过功能器件简化RFD实现。

  在此次设计过程中,终端主要是由路由器和传感器共同组成的,在网络节点中也只有协调器和终端两种功能板块,同时还属于一种全功能类型的设备。将终端设置在需要进行检测的区域当中,主要是用来收集各种数据信息,随后将采集来的所有信息全部发送到距离最近的协调器或是终端当中,终端和终端,以及终端和协调器之间都可以实现双向通讯,距离较大的终端可以通过期间数个终端将数据发送到协调器节点当中。随后协调器将全部数据信息进行汇总,并利用RS232总线将信息发送给管理中心,通过这种设计模式,能够促进ZigBee拓扑结构的有效优化,数据信息输送路径较短,同时信息输送方式较为灵活,传输速度快。

  三、系统硬件设计

  传感器节点主要包括一氧化碳传感器、烟雾传感器和温度传感器等结构组成。其中温度传感器主要是DS18B20,属于一种一线模式的数字温度型的传感设备,能够促进形成分布式的测温多点系统[2]。至于烟雾传感器可以选择MQ-2类型的气体传感器,这种类型的传感器探测范围比较广,同时灵敏度也较为突出,能够在液化气、氢气、丙烷、丁烷、甲烷、烟雾等内容探测过程中发挥良好的效用。CO气敏传感设备主要是由MOTOROLA企业所研制出来的MGS1100半导体检测器所组成,这种部件的整体体积较小,同时不会受到周围环境温度的太大影响,工作特性相对一致。

  主控MCU主要是由单片机STC89LE516AD所组成,属于增强型51内核、八单位的单片机,能够和INTELMCS51系列的单片机互相兼容,其中MCU主要是经过两种全双工串口和ZigBee模块与现场设备进行连接。STC89LE516AD的片上储存功能丰富而强大,拥有512字节RAM与64KBFLASH。ZigBee通讯模块主要是使用CC2530这种类型的芯片,CC2530这款芯片属于一种高性能、低功耗、低成本的无线接收芯片,同时能够利用较低的材料成本构建其良好的网络节点。

  四、系统软件设计

  本文中所介绍系统的软件主要包括协调器程序、路由器程序、数据采集程序等,为了能够促进系统实现低功耗运行的目标,在进行软件设计的过程中,应该将工作模式与休眠模式有机结合起来,从而在减少运行功耗的同时,提高系统运行效率。

  结语:综上所述,文章主要研究内容就是针对一氧化碳、烟雾和温度,通过以ZigBee技术为基础设计火警报警系统,这种火灾报警系统提高了火灾监测过程中的可靠性,预防误报问题的出现,此外还能同时监测多个区域,性价比较高,开发成本低,安装过程简单,拥有较高的推广价值。

  参考文献:

  [1]陈文波,黄智伟.基于无线射频的小区火警报警系统的研究与设计[J].中国科技信息,2015(05):94-95.

  [2]张定乾,吴永弘.基于ZigBee技术的火警报警系统的研究[J].数字技术与应用,2014(04):69-70.

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