王麗琴，劉九澤

（1.渤海船舶職業(yè)學(xué)院，遼寧興城125105；2.北方聯(lián)合廣播電視網(wǎng)絡(luò)股份有限公司葫蘆島分公司，遼寧葫蘆島 125000）

隨著社會的發(fā)展，人們對于庫房的安全性要求越來越高，同時隨著無線通信技術(shù)和智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，庫房智能安防系統(tǒng)也得到迅速發(fā)展。庫房安防平臺以庫房的環(huán)境控制和環(huán)境檢測以及安全防范等為主要目標(biāo)，結(jié)合計算機和無線網(wǎng)絡(luò)以及傳感器等技術(shù)，利用互聯(lián)網(wǎng)和無線電網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)庫房安防系統(tǒng)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化。

在對國內(nèi)的安防系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀進行深入和細致調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合庫房安防系統(tǒng)的需求，提出了一種基于ZigBee通信技術(shù)的庫房安防系統(tǒng)方案，完成了整個系統(tǒng)硬件和軟件的平臺設(shè)計。系統(tǒng)采用ARM控制器作為核心處理器，利用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)庫房可燃氣體、火焰、煙霧、溫濕度等方面的實時檢測，有異常情況時進行報警處理。

1 系統(tǒng)設(shè)計方案

本設(shè)計采用ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為智能庫房安防系統(tǒng)的組網(wǎng)技術(shù)，選取常用的溫濕度傳感器、人體紅外探測器、煙霧報警器及門禁等做為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集節(jié)點。通過ZigBee終端設(shè)備采集數(shù)據(jù)，利用無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到ZigBee協(xié)調(diào)器。選取ARM11開發(fā)平臺作為主控器，搭載嵌入式Linux操作系統(tǒng)，實現(xiàn)對系統(tǒng)的多線程操作，對串口發(fā)送來的數(shù)據(jù)進行解析和處理，判斷分析報警信息，將數(shù)據(jù)通過socket通信傳送給PC上位機，并發(fā)出AT報警指令。采用GSM/GPRS短信收發(fā)模塊作為系統(tǒng)報警的輸出，完成對異常情況的報警。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框圖

2 硬件平臺設(shè)計

庫房安防系統(tǒng)硬件主要由3部分組成：ARM開發(fā)板作為主控器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收、解析、處理等；ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集終端，主要實現(xiàn)探測器數(shù)據(jù)的采集及ZigBee協(xié)議；GSM/GPRS短信收發(fā)硬件模塊，主要實現(xiàn)對異常信號的遠程報警。

3個部分中以ARM開發(fā)板主控制器為核心，ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集端為輔，結(jié)合GSM/GPRS短信收發(fā)模塊實現(xiàn)遠程報警。此外，可在PC機上增加用戶的友好界面顯示功能。整個系

圖2 系統(tǒng)硬件框圖

傳感器通過I/O與ZigBee設(shè)備終端相連，ZigBee實時的采集傳感器數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)通過RF射頻天線發(fā)送給ZigBee協(xié)調(diào)器。ZigBee協(xié)調(diào)器收到數(shù)據(jù)信息后進行簡單的處理，通過串口發(fā)送給ARM開發(fā)平臺。ARM處理器對接收到的數(shù)據(jù)進行解析、判斷。如果數(shù)據(jù)異常時，系統(tǒng)判斷屬于哪一種異常，是煙霧還是人體紅外或是溫濕度等。系統(tǒng)首先發(fā)出聲光報警，再通過串口發(fā)送相應(yīng)的AT指令，通過GSM/GPRS模塊將報警信息發(fā)送給用戶，同時將異常數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到PC端進行顯示存儲。

本系統(tǒng)中ARM處理器選擇三星公司的ARM11內(nèi)核的S3C6410，支持多種視頻編碼格式，具有圖形的硬件加速功能。飛凌公司的OK6410系列開發(fā)板，支持4個串口、2個USB接口、1個網(wǎng)口、3路音頻接口及1路的Camera輸入接口，另外還支持SD卡、U盤等外部設(shè)備，同時具有JTAG接口方便在線調(diào)試，滿足系統(tǒng)的設(shè)計要求。

根據(jù)目前市面上ZigBee的解決方案，本系統(tǒng)最終選擇以CC2530為核心的無線網(wǎng)絡(luò)模塊。CC2530芯片內(nèi)部集成了射頻模塊收發(fā)器及8051單片機，并且配備了一個flash存儲設(shè)備以及8K的RAM。ZigBee設(shè)備終端，主要負責(zé)傳感器數(shù)據(jù)的采集，具有小巧、便捷的特點，同時具有低功耗特性，本系統(tǒng)中對設(shè)備終端采用干電池供電。ZigBee協(xié)調(diào)器主要負責(zé)從ZigBee終端設(shè)備中接收數(shù)據(jù)，通過串口發(fā)送給核心處理器。ZigBee協(xié)調(diào)器的硬件電路與ZigBee設(shè)備終端類似，同時增加CC2591提高設(shè)備數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送距離。

系統(tǒng)采用GSM/GPRS短信收發(fā)實現(xiàn)遠程報警，GSM/GPRS模塊選取SIMCOM公司的SIM300。SIM300與ARM開發(fā)板之間通過串口相連。在數(shù)據(jù)異常時，ARM處理器處理完成后通過串口發(fā)出AT指令，GSM/GPRS模塊解析AT指令，并給用戶發(fā)送報警短消息。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)計需求，系統(tǒng)軟件主要包括4個部分：

ARM控制器軟件。接收ZigBee協(xié)調(diào)器通過串口發(fā)送過來的數(shù)據(jù)；對數(shù)據(jù)進行解析和判斷；通過串口發(fā)送AT指令；通過網(wǎng)口向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)。

ZigBee模塊軟件。包括終端設(shè)備軟件和協(xié)調(diào)器軟件，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與傳輸。

GSM/GPRS模塊軟件。接收控制器的指令，完成解析，向用戶發(fā)送報警信息。

PC機軟件。主要實現(xiàn)處理器數(shù)據(jù)的接收及數(shù)據(jù)顯示、存儲。

3.1 ARM控制器軟件設(shè)計

ARM控制器搭載Linux嵌入式操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)選擇Ubuntu13.10版本，通過與PC端建立交叉編譯環(huán)境實現(xiàn)代碼的編譯。

ARM控制器軟件主要實現(xiàn)：通過串口接收ZigBee協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)；對收到的數(shù)據(jù)進行解析和判斷；數(shù)據(jù)異常時，通過串口向GSM/GPRS發(fā)送報警指令；通過TCP/IP協(xié)議用socket網(wǎng)絡(luò)通信向PC發(fā)送數(shù)據(jù)。ARM控制器的軟件流程圖如圖3所示。

圖3 ARM控制器軟件流程圖

3.2 ZigBee模塊軟件設(shè)計

ZigBee模塊軟件包括設(shè)備終端軟件和協(xié)調(diào)器端的軟件。采用TI公司的Zstack協(xié)議棧進行二次開發(fā)，Zstack協(xié)議?？紤]到了底層和網(wǎng)絡(luò)層的內(nèi)容，用戶通過API函數(shù)可以輕易地使用Zig原Bee。設(shè)備終端軟件主要實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的采集，將數(shù)據(jù)通過RF射頻天線發(fā)送給ZigBee協(xié)調(diào)器。設(shè)備終端軟件的流程如圖4所示。

圖4 ZigBee設(shè)備終端軟件流程圖

ZigBee協(xié)調(diào)器接收設(shè)備終端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，判斷是哪一個終端，進行簡單的處理。主要實現(xiàn)接收并解析ZigBee設(shè)備終端發(fā)送過來的數(shù)據(jù)，同時通過串口將數(shù)據(jù)發(fā)送給主控器。軟件流程如圖5所示。

圖5 ZigBee協(xié)調(diào)器軟件流程圖

3.3 GSM/GPRS模塊軟件設(shè)計

GSM/GPRS模塊接收ARM處理器發(fā)送來的AT指令，解析指令然后發(fā)送對應(yīng)的報警短消息給用戶。AT指令采用PDU的編碼方式，該部分的軟件流程圖如圖6所示。

圖6 GSM/GPRS模塊軟件流程圖

ARM處理器將異常的數(shù)據(jù)信息通過socket通信發(fā)送給PC機，PC機接收后通過界面顯示。

4 系統(tǒng)測試

將人體紅外傳感器和煙霧傳感器連接到ZigBee終端，將控制器、ZigBee無線模塊、GSM/GPRS模塊連接好?？拷鼰熿F傳感器的位置點燃香煙，讓煙霧報警器發(fā)出警報，手機接收到報警信息。當(dāng)有人在人體紅外傳感器前走動時，同樣收到報警信息。報警信息圖如圖7所示。

圖7 手機收到的報警信息

5 結(jié)論

基于ZigBee的庫房安防系統(tǒng)設(shè)計，通過ZigBee無線模塊、GSM/GPRS及ARM核心控制器組成硬件平臺實現(xiàn)了對庫房溫濕度、易燃易爆氣體、火焰和煙霧等不安全因素的方面進行實時檢測、處理，進行智能分析，實現(xiàn)了庫房安防的智能化。通過測試，基于Zigee的庫房安防系統(tǒng)功能正常，同時具有穩(wěn)定性、及時性和可靠性等方面的特點，達到了系統(tǒng)預(yù)期的要求。

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