劉鶴生 孟宓

摘 要：無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是典型的具有交叉學(xué)科性質(zhì)的高科技技術(shù)，可以廣泛應(yīng)用于軍事、醫(yī)療、工業(yè)、災(zāi)害預(yù)測(cè)等領(lǐng)域。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)由許多功能相同和不同的無線傳感器節(jié)點(diǎn)組成，基于zigbee通信協(xié)議的物聯(lián)網(wǎng)主要由協(xié)調(diào)器、匯聚節(jié)點(diǎn)、傳感器節(jié)點(diǎn)組成，系統(tǒng)由協(xié)調(diào)器于上位機(jī)通信，傳感器節(jié)點(diǎn)自動(dòng)加入網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：Zigbee網(wǎng)絡(luò)；火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)

1 概述

Zigbee網(wǎng)絡(luò)主要特點(diǎn)是低功耗、低成本、低速率、支持大量節(jié)點(diǎn)、支持多種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⒌蛷?fù)雜度、快速、可靠、安全。ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備可分為協(xié)調(diào)器（Coordinator）、匯聚節(jié)點(diǎn)（Router）、傳感器節(jié)點(diǎn)（EndDevice）3種角色。

ZigBee是一個(gè)由可多到65000個(gè)無線數(shù)傳模塊組成的一個(gè)無線數(shù)傳網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)范圍內(nèi)，每一個(gè)ZigBee網(wǎng)絡(luò)數(shù)傳模塊之間可以相互通信，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的距離可以從標(biāo)準(zhǔn)的75m無限擴(kuò)展。

目前ZigBee的應(yīng)用領(lǐng)域主要有：工業(yè)、農(nóng)業(yè)無線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、智能家居物聯(lián)網(wǎng)個(gè)人監(jiān)控、醫(yī)院病人定位、城市智能交通、戶外作業(yè)及地下礦場(chǎng)安全監(jiān)護(hù)。

本系統(tǒng)采用TI公司內(nèi)嵌zigbee協(xié)議的CC2530的CPU搭載煙霧、溫度傳感器組網(wǎng)，由傳感器節(jié)點(diǎn)（EndDivce）、匯聚節(jié)點(diǎn)（Router）、協(xié)調(diào)器（Coordinator）組網(wǎng)，最后由協(xié)調(diào)器通過串口把數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)處理，上位機(jī)分析煙霧和溫度數(shù)據(jù)，當(dāng)檢測(cè)到危險(xiǎn)情況立即發(fā)出報(bào)警信息。

系統(tǒng)原理如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

CC2530是用于RF4CE和2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee應(yīng)用上一個(gè)真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案，而本CPU正是采用TI公司的CC2530。它的優(yōu)勢(shì)就在于建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)卻能用非常低的總的材料成本。并結(jié)合了領(lǐng)先的RF 收發(fā)器的優(yōu)良性能，系統(tǒng)內(nèi)部可編程閃存，業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的增強(qiáng)型8051 CPU，8-KB RAM 和其他許多強(qiáng)大的功能。

其中，CC2530F256 結(jié)合了德州儀器的業(yè)界領(lǐng)先的黃金單元ZigBee協(xié)議棧（Z-Stack？），提供了一個(gè)完整和強(qiáng)大的ZigBee解決方案。

最后，CC2530F64 結(jié)合了德州儀器的黃金單元RemoTI，更好地提供了一個(gè)強(qiáng)大和完整的ZigBee RF4CE 遠(yuǎn)程控制解決方案。

2.1 2MQ-2型煙霧傳感器工作原理

其屬于二氧化錫半導(dǎo)體氣敏材料，當(dāng)M Q -2處于200℃～300℃溫度時(shí)，二氧化錫吸附空氣中的氧，在其表面形成氧的負(fù)離子吸附層，這樣造成電子密度減少，從而提高了其電阻值。遇到可燃?xì)怏w時(shí)原來吸附的氧被可燃?xì)怏w所消耗，以正離子態(tài)的可燃煙霧吸附在半導(dǎo)體表面，氧被結(jié)合放出電子，煙霧以正離子態(tài)吸附也會(huì)放出電子，使半導(dǎo)體帶電子密度升高，從而使其電阻值減小，這樣就可以通過檢測(cè)電阻轉(zhuǎn)換成的電壓信號(hào)來感知環(huán)境信息。當(dāng)環(huán)境中的可燃?xì)怏w濃度下降后二氧化錫半導(dǎo)體又會(huì)恢復(fù)到常態(tài)，電阻值升高到初始值。

2.2 溫度傳感器DS18B20的工作原理

全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出，通過查詢內(nèi)部相應(yīng)寄存器得出。單總線數(shù)據(jù)控制通信。最高分辨率12位，精度可達(dá)±0.5℃。檢測(cè)溫度范圍-55℃～+125℃（-67℉～257℉）。內(nèi)置EEPROM，限溫報(bào)警功能。

3 軟件設(shè)計(jì)

Z-Stack中帶有一個(gè)基于優(yōu)先級(jí)的輪轉(zhuǎn)查詢操作系統(tǒng)OSAL（Operating System Abstraction Layer），OSAL采用以實(shí)現(xiàn)多任務(wù)為核心的系統(tǒng)資源管理機(jī)制。每一個(gè)任務(wù)的核心是一個(gè)事件處理函數(shù)，事件處理函數(shù)根據(jù)消息ID來選擇合適的入口函數(shù)處理該任務(wù)本身或其他組件產(chǎn)生的事osal_init_system（）初始化操作系統(tǒng)的任務(wù)，其中的osalInitTasks（）函數(shù)負(fù)責(zé)協(xié)議棧和用戶任務(wù)的初始化工作。

溫度測(cè)量函數(shù)：

4 結(jié)語

本系統(tǒng)采用TI公司的CC2530CPU作為基本平臺(tái)，搭載溫度DS18B20溫度和MQ-2煙霧傳感器結(jié)合CC2530內(nèi)嵌的Zigbee物聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議智能組網(wǎng)構(gòu)成的無線傳感器在火災(zāi)預(yù)測(cè)和預(yù)防方面的典型應(yīng)用，在相關(guān)領(lǐng)域具有非常廣泛的推廣價(jià)值。

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The Application of Fire Warning System Based on TICC2530 Wireless Smoke Temperature Sensor

Liu Hesheng， Meng Mi

（Chongqing Telecom Vocational and Technical College， Chongqing 402247，China）

Abstract： Wireless sensor network （WSN） is a typical interdisciplinary nature of the high-tech technology， can be widely used in military， medical， industrial， disaster forecast， etc. Wireless sensor network is composed of a number of functions the same and different wireless sensor nodes， based on zigbee communication protocols of the Internet of things is mainly composed of the coordinator， gathering node， sensor nodes， the system by the coordinator in PC communication， the characteristics of the sensor nodes automatically to join the network.

Key words： Zigbee network； fire warning system