CN106652308A - 一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统 - Google Patents

一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统，包括数据采集端的ZigBee设计、PC端设计、Web服务器端设计、以及Android客户端设计。主要功能在两方面：本系统包含一个基于ZigBee的无线传感器网络，可以通过手机端的App远程查看传感器数据，以曲线的和实时数据的形式显示各个不同节点的传感器组的数值，当采集到的环境信息超过设定好的阈值时，会自动发送火灾预警短信；视频监控终端集成Web服务器，只要能连入互联网，便可通过手机App来查看监控视频，并且可以通过App控制摄像头在一定范围内转动,以扩大监控范围。本发明只要利用一个手机APP，在任何有网的地方都可以监视房间内的信息，而且性能稳定可靠，便于推广使用，对于火灾的发生做到防患于未然。

Description

一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统
技术领域
本发明涉及智能火灾监控系统，特别是设计一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统
背景技术
传统的火灾报警系统采用的都是有线连接方式，而这种系统应用最多的就是RS485总线、CAN总线来传输传感器采集的数据，采用这种方式的优点是简单易行而且传输误码率相对较低，但是需要在建筑当中提前埋线，随着使用时间变长，线路会发生老化、腐蚀、磨损等各种各样不可预知的情况，严重情况会导致系统失灵无法报警，因此无线火灾报警系统一定会成为未来发展的主流。
近几年兴起的技术是物联网发展中的一个重要的无线通信技术,具有以下几个特点：低速率、低功耗、低成本、短时延、免许可无线通信频段。降低了硬件成本,提高了系统稳定性。另一方面,现有的移动设备资源丰富,Android系统的操作便利性,完全可以满足了现代监控系统人性化的要求
目前大多数系统将控制接入Internet,都是基于网络对系统进行远程控制,在一些场合不是很方便。该系统通信方式兼有WIFI和3G两种无线通信技术，可以节约流量，提高系统的可行性。
发明内容
本发明的目的是克服现有的火灾监控系统的不足，具体实现一种基于ZigBee和智能手机的安全可靠，灵活性高，扩展性好的系统。
为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：包括数据采集端的ZigBee设计、PC端设计、Web服务器端设计、以及Android客户端设计。主要功能在两方面：本系统包含一个基于ZigBee的无线传感器网络，可以通过手机端的App远程查看传感器数据，以曲线的和实时数据的形式显示各个不同节点的传感器组的数值，当采集到的环境信息超过设定好的阈值时，会自动发送火灾预警短信；视频监控终端集成Web服务器，只要能连入互联网，便可通过手机App来查看监控视频，并且可以通过App控制摄像头在一定范围内转动,以扩大监控范围。本发明只要利用一个手机APP，在任何有网的地方都可以监视房间内的信息，而且性能稳定可靠，便于推广使用，对于火灾的发生做到防患于未然。
上述的一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统，其特征在于：包括ZigBee端设计、PC端设计，Web服务器端设计、视频采集端设计以及Android客户端设计。所述的ZigBee采集节点安放在家居房屋内，用来实时采集环境信息并将信息通过ZigBee传感器网络发送给ZigBee路由器；多个ZigBee路由器将多个传感器采集的数据汇总后打包传输给ZigBee网络协调器；ZigBee协调器通过RS-232串口与PC端进行通信；PC端把传输到的信息通过互联网发送到网络服务器端并保存在服务器端的数据库内；手机端的APP客户端实时调用服务器内的数据信息，用来显示环境情况以及进行火灾报警；另外视频采集端实时监控图像信息，并把数据传输到服务器以备手机端调用监控。
上述的一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统，其特征在于：所述ZigBee端设计是使用ZigBee模块进行无线通信。ZigBee无线模块采用的是CC2530F256模块。ZigBee节点的射频芯片选用TI公司的CC2530。ZigBee节点包括终端节点、路由器节点和网络协调器节点三部分，三部分在硬件上没有区别，只是在软件设计上按功能进行区分。
上述的一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统，其特征在于：信号采集传感器由温度传感器18B20、烟雾传感器MQ-2、CO传感器MQ-7组成。
上述的一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统，其特征在于：PC端具有RS-232串口接入功能，并可以与ZigBee协调器进行通信，利用JAVA语言实现实时接收串口数据和实时上传数据到服务器端。
上述的一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统，其特征在于：服务器端基于Linux的CentOS系统，功能主要包括，用户登录模块、传感器数据PC端通信模块、数据Android端通信模块；服务器端使用Tomcat作为服务器的核心提供服务；使用Xshell远程使用命令行操作，部署模块；使用FTP软件，完成代码的部署。
上述的一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统，其特征在于：Android端使用华为荣耀8手机端，硬件包括ARM处理器、Flash闪存、SDRAM、Wifi模块和电源。其软件功能包括用户登录模块，环境监控模块，阈值报警模块，设置模块，实时数据图像显示模块。
上述的一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统，其特征在于：视频采集端硬件使用Vstarcam网络摄像机。
本发明的有益效果是：分布在家庭各个角落的传感器节点可以实时的采集环境信息，而且采用CC2530模块，具备ZigBee协议栈，提供了完整而强大的ZigBee解决方案，使用服务器/客户端的通信模型，利用Android平台作为监控的终端，一旦检测到的CO,烟雾，温度的数值超过规定的阈值，就会利用阿里云服务给用户发送报警短信，用户打开手机，通过Android实现界面显示的功能，以及多线程处理实现可以实时监控房间内的情况，另外，还可以利用远程的视频监控，来确定是不是真的发生了火灾，防患于未然，将会大大减少火灾的危害。
本发明的优点在于：
1)本发明的系统组网简单，维护方便，网络的冗余性和健壮性强，灵活性强，只要利用一个手机APP，在任何有网的地方都可以监视房间内的信息，而且性能稳定可靠，便于推广使用；
本发明使用ZigBee技术搭建无线传感器网络，低能耗，低成本，传输性能好，能够确保数据安全，可靠性高；
本发明在物联网应用层的开发上，使用客户端/服务器通信模型，进行传感器数据从PC机、服务器、Android手机客户端的过程，高效而且成本低，方便用户群体，是未来发展的方向。
附图说明
通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容,并且随着对本发明的更全面理解,本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
图1为本发明基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统结构示意图
图2为本发明基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统ZigBee节点的硬件结构图
图3为本发明基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统数据采集传输端结构示意图
图4为本发明基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统Android端结构示意图
具体实施方案
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1所示，一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统结构示意图，在硬件方面的方面，在搭建无线传感器硬件平台之前应该对火灾产生时产生的物质及其它环境变量进行分析，并针对这些选择合适类型的传感器，包括CO、烟雾、温度、湿度、火焰等。火灾探测中核心处理器的选择可以有多种类型，可以选择单片机以及ARM等。无线模块则选择低复杂度、低功耗、低成本的ZigBee，在目前大多数的火灾监控系统中也都是选择ZigBee来传输数据。本发明前端采集方面是利用ZigBee与多传感器网络来对多节点的物理信息数据进行采集。
然后，一方面，将无线传感器网络传输来的数据与服务器进行通信并把数据存到数据库中，利用C/S模型与手机客户端通过HTTP协议进行通信，将传感器平台采集的数据实时的显示在客户端，另一方面，利用网络摄像机把火灾发生地点的实时情况记录下来，Android平台设备通过HTTP网络协议与远程网络摄像机建立网络连接，通过RTP实时传输协议接收到网络摄像机压缩好的视频图像数据进行解析播放。另外，Android平台设备通过HTTP网络协议向监控端网络摄像机解码器发送云台控制命令，解码器识别正确命令后操作内置电机完成相应动作，实现远程调整摄像机拍摄角度的功能。
最后进行Android客户端的应用程序设计，从而实现火灾信息监测的功能，对于情况异常的区域能够做出快速的反应，从而可以降低火灾的发生。
如图2所示，基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统ZigBee节点的硬件结构图，传感器节点是构成整个ZigBee网络的基础单元，按照相应的设计需求本设计将传感器节点划分为四个部分：分别是负责感应环境变量的传感器单元、对信号进行处理的微处理器单元、无线数据传输单元以及供电单元。
如图3所示，基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统数据采集传输端结构示意图，采集传输端分为三个部分，首先是传感器信息采集部分，前端通过多节点传感器采集烟雾浓度，CO浓度和温度信息，积累了很多的环境信息，这些数据通过ZigBee无线传输，通过串口传输给PC机，PC机中建立WEB服务器来将数据存到数据库中，同时把数据利用C/S通信机制模型和HTTP协议将数据传给基于Android的手机客户端。然后，进行视频信息的采集，我们使用网络摄像机，我们通过HTTP网络协议与远程网络摄像机建立网络连接，通过RTP实时传输协议接收到的视频图像数据进行解析播放。最后，对视频信息的角度进行控制，利用网络摄像机提供了基于HTTP协议的API接口，可以通过Java语言写入接口程序对网络摄像机进行多种控制应用，我们通过发送控制命令实现对摄像机拍摄角度的控制。
如图4所示，基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统Android端结构示意图，首先要设计欢迎界面和登录界面，当用户点击打开安装于Android平台设备上的嵌入式软件时，会有用户密码输入界面验证用户身份，实现密码保护功能，保护被监视对象的隐私安全。然后是功能选择界面，我们总共分为四个方面的功能，各节点环境信息获取，视频数据接收，控制摄像头拍摄角度，以及可以查询新闻和天气的信息服务。
由上所述的基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统及其方法的使用步骤如下：
a).ZigBee传感器网络布置位置，采集节点，路由器节点以及协调器节点上电，与PC机的串口相连，进行通信；同时把Vstarcam网络摄像机安装好，上电，连上网线，进行监控。
b).PC机中间件软件打开，阿里云服务器配置完成，MySql数据库准备接受数据；
c).智能Android手机开启，APP开启，进入登录界面；
d).在登录界面输入相应的用户名和密码，经过系统数据库校对信息后显示相应的界面，并根据自己的权限对基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统进行相应的操作。
由上述所述具体传输原理与程序进程是：传感器信息采集部分，前端通过多节点传感器采集烟雾浓度，CO浓度和温度信息，积累了很多的环境信息，多个采集节点的ZigBee利用Zstack2007协议将信息无线通信传输给ZigBee协调器节点用来汇总数据，并通过串口传输给PC机；
进一步的进程是：利用PC机内编程实现的中间件模块，将ZigBee通过串口传过来的数据处理，并且与远程阿里云服务器的Tomcat进行通信；
进一步的进程是：数据实时传输到了服务器，存储到服务器内的MySql数据库，并且与数据库中的报警阈值进行比较，如果超过阈值，就会触发报警短信，给指定的手机号发信息；
进一步的进程是：数据传输到了手机APP端，在登录之后，可以实时的画出数据的波动图，并且可以通过用户操作，查看摄像机监控的图像信息，做到火灾信息及早的发现。
本发明基于和的博物馆文物监护系统,由于ZigBee技术具有低速率、低功耗、低成本等优点,降低了硬件成本,提高了系统稳定性；并且,Android终端设备资源丰富,监控子系统系统操作便利,提高了用户体验。本发明的系统组网简单,维护方便,网络的冗余性和健壮性强,人机交互性能好,只要利用一个手机APP，在任何有网的地方都可以监视房间内的信息，而且性能稳定可靠，便于推广使用，对于火灾的发生做到防患于未然。

Claims (10)

1.一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统，其特征在于：包括温度传感器、烟雾传感器、CO传感器、ZigBee端、PC端、Web服务器端、视频采集端以及Android客户端；ZigBee采集节点通过传感器网络连接ZigBee网络协调器；ZigBee协调器通过RS232串口与PC端通信；PC端通过Internet与远程服务器进行通信；视频采集端通过Internet与远程服务器进行通信；远程服务器通过3G网络与Android客户端通信。
2.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统，其特征在于：所述ZigBee端是使用ZigBee模块进行无线通信,ZigBee无线模块采用的是CC2530F256模块。
3.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统，其特征在于：温度传感器采用的型号是DS18B20。
4.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统，其特征在于：烟雾传感器采用的型号是MQ-2。
5.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统，其特征在于：CO传感器采用的型号是MQ-7。
6.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统，其特征在于：ZigBee无线传感器组网使用的协议是：Z-stack 2007。
7.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统，其特征在于：服务器端采用基于Linux的CentOS系统。
8.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统，其特征在于：服务器端软件内核是Tomcat 6.0。
9.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统，其特征在于：Android端使用华为荣耀8手机端，硬件包括ARM处理器、Flash闪存、SDRAM、WIFI模块和电源。
10.根据权利要求1所述的一种基于ZigBee和Android的火灾信号监测系统，其特征在于：视频采集端硬件使用Vstarcam网络摄像机。
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