CN102185893A

CN102185893A - 一种基于ZigBee无线技术的宿舍智能监测系统

Info

Publication number: CN102185893A
Application number: CN2011100856051A
Authority: CN
Inventors: 徐苏明; 刘凯俊; 张翔彦; 林军
Original assignee: Shanghai Normal University
Current assignee: Shanghai Normal University; University of Shanghai for Science and Technology
Priority date: 2011-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2011-09-14

Abstract

本发明涉及一种基于ZigBee无线技术的宿舍智能监测系统，包括至少一台PC机和至少一个终端节点，还包括至少一台协调器和至少一台路由器，所述协调器、路由器或者终端节点由至少一个具有增强型8051内核的CC2430芯片以及外围电路组成，所述的终端节点还包括一个求救按键和多个传感器，所述的终端节点通过ZigBee无线技术接入所述路由器，所述路由器接入所述协调器再接入PC机，形成以PC机为顶点的树状网络结构。本发明将ZigBee无线通信技术应用于宿舍智能监测之上的设计，改变了以往的有线传输技术，使用ZigBee技术实现了宿舍的安全监测及信号的无线传输与控制。

Description

一种基于ZigBee无线技术的宿舍智能监测系统

技术领域

本发明属于智能监测技术领域，特别涉及一种基于ZigBee无线技术的宿舍智能监测系统。

背景技术

在学校以及大型企业之中，集体宿舍是学生以及工人的主要居住场所。尤其是高校学生宿舍，不仅体系结构相对庞大，而且其安全文明状况影响家庭和社会。为了提高宿舍的安全性，有必要对宿舍进行一些环境参数监测以及报警预防。现有的有线监测系统存在安全可靠性差，易受损，布线麻烦与成本高等问题，难以实现有效的安全防范与监控。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于ZigBee无线技术的宿舍智能监测系统，以解决目前有线监控的不足。

本发明的技术方案是，一种基于ZigBee无线技术的宿舍智能监测系统，包括至少一台PC机和至少一个终端节点，还包括至少一台协调器和至少一台路由器，所述协调器、路由器或者终端节点由至少一个具有增强型8051内核的CC2430芯片以及外围电路组成，所述的终端节点还包括一个求救按键和多个传感器，所述的终端节点通过ZigBee无线技术接入所述路由器，所述路由器接入所述协调器再接入PC机，形成以PC机为顶点的树状网络结构。

本发明将ZigBee无线通信技术应用于宿舍智能监测之上的设计。不仅提出对宿舍的智能监测，提高宿舍的安全性和文明管理程度，同时改变以往的有线传输技术，使用ZigBee技术实现宿舍的安全监测及信号的无线传输与控制。

附图说明

图1 本发明一个实施例中系统总体结构框图的示意图

具体实施方式

ZigBee技术是采用IEEE 802.15.4协议的新一代无线传感器网络系统，是专门为控制数据传输而设计的，因而传输能力强、可靠性高，且具有近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本等特点。相较于现有的各种无线通信技术，ZigBee射频发射所需的功率低，2节普通容量的干电池就能保证网络节点正常工作一年以上，同时处理器还支持多种休眠模式，能进一步降低功耗。由于工作在2.4 GHz的免执照频段内，使ZigBee网络不仅具有免费的优点，同时具有很强的抗干扰能力，并且具有自组网、自动路由和自愈合等功能。它是实现宿舍环境参数监测的理想解决方案。

本发明的一个实施例如图1所示，宿舍安全智能监测系统由位于各个宿舍内部的终端节点，各楼层的路由器以及每幢楼值班室内的网络协调器与监控PC组成。ZigBee模块采用CC2430芯片为核心构建，各终端节点连接电流传感器、温湿度传感器、烟雾感应传感器和人体感应传感器等，并配置有一个紧急求救按键；路由器的主要功能是完成数据的中继传输，增大无线网络的覆盖范围；网络协调器负责与PC间的通信和无线网络的组建，同时连接声光报警电路，并配合监控软件，判断突发事件的发生时间与地点，做出相应反馈。

系统内各无线收发节点均以CC2430芯片为核心，终端节点外围电路主要包括传感器电路及紧急求救按键。由于CC2430芯片是一款自带10位ADC与增强型8051内核的SoC（片上系统），具有21个可编程的I/O口引脚，故可以选择数字传感器与模拟传感器与其连接。

本发明选择霍尔电流传感器作为电流传感器模块，对宿舍内的输电线路进行监测，以判断是否有违章用电现象发生。当电流传感器检测到宿舍内用电电流超过额定值后，将首先切断宿舍电源，以避免安全隐患的发生；同时，将触发违章用电预警信号，通过ZigBee无线网络传输给上位机。

选择AM2301单总线数字温湿度传感器作为温湿度传感器模块，监测宿舍内的温湿度环境参数，选择以MQ-2气体传感器为主要组成部分的感应模块GH-312作为烟雾传感器模块，对烟雾进行监测，以配合判定是否有火灾发生。若传感器检测到相应环境参数显著变化后，将触发火灾报警信号。

选择PIR热释电传感器与菲涅尔透镜构成的感应模块GH-718作为人体感应传感器，以判定学生上课期间、夜晚休息及假期内等时刻是否有非法进入宿舍等情况的发生。

同时，在终端节点处连接一按键，以便在有紧急情况，如火灾发生时，宿舍内人员能及时向外界求救。由于传感器均为单总线形式，按键也不需要辅助电路，故其可以直接连接于CC2430芯片之上。

由于路由器主要负责无线信号的中继传输，故基本不需要外围电路。网络协调器外围电路主要包括声光报警电路及与上位机的通信电路。当紧急求救按键被触发，或者各传感器模块检测到有异常事件发生时，终端节点均会向网络协调器发送相应突发事件报警信号。此时，网络协调器会首先触发声光报警电路，管理员可根据上位机对接收数据的处理，判断出有意外情况发生的宿舍。

由于需要把采集到的数据传输给上位机显示、分析和存储，因此需要建立CC2430芯片与PC间的通信电路。CC2430内部集成一个高性能的8051内核，其具有2个支持多种串行通信协议的强大USART，接收、发送均可触发中断系统，使用十分方便。因此，CC2430与PC之间采用串口通信。

无线模块程序主要实现数据采集、无线发送、无线接收与串口通信等功能，采用IAR Embedded Workbench集成环境开发软件编写。数据采集与串口通信功能通过CC2430内嵌的8051内核实现。无线通信部分则采用调用ZigBee协议栈（Z-Stack）的方式实现。

网络协调器初始化之后，将建立一个新的网络。节点初始化完成后，如果在其高频覆盖范围内有一处于工作状态的同频网络协调器，节点可以绑定的方式加入网络。各节点的网络短地址事先分配好，这样在协调器查询的时候可以根据其短地址判断节点位置。网络协调器根据接收到的不同信息，进行相应的操作，若有突发意外情况，系统将触发报警电路，同时上位机主界面也将会显示相应报警信息。

上位机软件由Visual C++编写。软件主要实现与CC2430协调器的串口通信、温湿度值显示、突发事件记录与数据存储等功能。各宿舍监测节点均有与之匹配的编号，可以据此来区分各个宿舍。当有意外情况发生时，主界面将显示突发事件所在宿舍号，事件名称与发生时间，协助管理员尽快了解相应情况与解除潜在危险。同时，管理员还能导出所有突发事件数据生成Excel文件，进行有效管理。

本发明实现了对涉及宿舍安全的环境参数的无线监控；实现宿舍内一键式紧急无线求救；提高宿舍的用电安全性和居住安全性；便于宿舍安全文明管理，提高管理成效，减少管理人员的工作量。

Claims

1.一种基于ZigBee无线技术的宿舍智能监测系统，包括至少一台PC机和至少一个终端节点，其特征在于，还包括至少一台协调器和至少一台路由器，所述协调器、路由器或者终端节点由至少一个具有增强型8051内核的CC2430芯片以及外围电路组成，所述的终端节点还包括一个求救按键和多个传感器，所述的终端节点通过ZigBee无线技术接入所述路由器，所述路由器接入所述协调器再接入PC机，形成以PC机为顶点的树状网络结构。