CN203179214U - 基于zigbee的无线烟雾传感器系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了基于zigbee的无线烟雾传感器系统，其包括：无线烟雾传感器节点，所述无线烟雾传感器节点采集现场的烟雾数据，并将采集到的数据进行预处理后通过ZigBee网络传至ZigBee网关；ZigBee网关，所述ZigBee网关将接受到的数据转换成以太网协议格式的数据，并通过以太网传至控制中心；控制中心，所述控制中心对接受的数据进行实时的监控计算和显示。该系统通过zigbee技术能够实现对机房内无死角的实时监控，并能够在发现问题的第一时间内发出警报，有效保证机房的安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种无线传感技术，具体涉及一种基于zigbee的无线传感技术。
背景技术
随着如今互联网的迅速发展，许许多多网站兴起，由于成本和安全等问题的考虑，许多网站公司更愿意把自己网站的服务器放在运营商的机房内，统称IDC机房。所以，这对于运营商机房内放置服务器和其他设备的机柜提出了更高的安全要求。
针对上述情况，人们在运营商机房内设置摄像头来进行实时监控，但是摄像头在实际的使用过程中存在诸多的缺陷和不足，具体如下：
1、摄像头无法覆盖所有区域，如果在盲点的地方有人抽烟或者有东西燃烧，会给机房的设备和人员带来严重的损害；
2、摄像头监控需要人工进行实时监控，这不仅会大大增加监控成本，对于那些细小的状况不能够及时发现，其监控的精确度非常的低，根本无法满足运营商机房高安全性的要求；
3、摄像头监控发现问题不能够及时的发出警报，还需要人工进行判断，再进行发出警报，其效率非常的低，将会大大影响救援人员的抢救时间。
由上可知，虽然如今机房内都装有摄像头监控来保障机房的安全性，但是并不能够给机房带来真正意义上的安全，不能够完全避免例如着火这种灾害。
实用新型内容
本实用新型针对现有机房在监控方面所存在的缺陷，而提供一种基于zigbee的无线烟雾传感器系统。该系统通过zigbee技术能够实现对机房内无死角的实时监控，并能够在发现问题的第一时间内发出警报，有效保证机房的安全性。
为了达到上述目的，本实用新型采用如下的技术方案：
基于zigbee的无线烟雾传感器系统，该系统包括：
无线烟雾传感器节点，所述无线烟雾传感器节点采集现场的烟雾数据，并将采集到的数据进行预处理后通过ZigBee网络传至ZigBee网关；
ZigBee网关，所述ZigBee网关将接受到的数据转换成以太网协议格式的数据，并通过以太网传至控制中心；
控制中心，所述控制中心对接受的数据进行实时的监控计算和显示。
在本实用新型的优选实例中，所述无线烟雾传感器节点与ZigBee网关之间的无线数据传输距离达到1000m。
进一步的，所述无线烟雾传感器节点包括烟雾传感器、ZigBee模块以及传感天线，所述烟雾传感器的输出端连接ZigBee模块的输入端，所述ZigBee模块的输出端连接传感天线。
再进一步的，所述烟雾传感器为MQ-2型气体传感器。
再进一步的，所述ZigBee模块为集成ZigBee射频前端、内存以及微控制器的CC2430芯片。
进一步的，所述ZigBee网关包括内部集成符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz的射频收发器的CC2430芯片、AT91SAM9260微控制器以及DM9161以太网控制器芯片，所述CC2430芯片、AT91SAM9260微控制器以及DM9161以太网控制器芯片依次数据相接组成ZigBee网关。
再进一步的，所述ZigBee网关还包括Flash存储器SST39VF160，其与AT91SAM9260微控制器相接。
本实用新型在使用时，使得相关的检测数据通过安置在机房内的烟雾传感器，和机房中的ZigBee网关通过电信传输网把监控数据传送到后台监控中心。后台监控中心可以随时监控机柜内的烟雾浓度，如果超出指标会立刻报警，通知维护人员。由此，本实用新型提供的基于zigbee的无线烟雾传感器系统可以完全给运营商的客户提供安全又可靠的服务。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本实用新型。
图1为本实用新型的系统框图；
图2为本实用新型中无线烟雾传感器节点的组成示意图；
图3为本实用新型中无线烟雾传感器节点的电路原理图；
图4为本实用新型中ZigBee网关的组成示意图；
图5为本实用新型实施时的通信系统示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。
参见图1，本实用新型提供的基于zigbee的无线烟雾传感器系统主要由基于ZigBee技术的无线烟雾传感器节点100、ZigBee网关200以及控制中心300三部分组成。整个系统采用星型或树型网络拓扑结构，并且以多个通信网络形式存在。
其中，无线烟雾传感器节点100分布于需要监控的地方,具体数量根据实际现场而定设定。每个无线烟雾传感器节点100对现场的烟雾数据进行实时或者周期性的采集，并将采集到的数据进行预处理形成ZigBee协议格式的数据，最后将该预处理好的数据通过ZigBee网络400传至ZigBee网关200。
ZigBee网关200具有ZigBee协调器和协议转换功能,将ZigBee协议格式的数据转换成以太网协议格式的数据，并通过以太网500传输到控制中心300的主机中。
控制中心300的主机通过以太网500与ZigBee网关200及时实时通信,实时显示每个烟雾传感器节点的信息。
参见图2，其所示为无线烟雾传感器节点100的组成示意图。由图可知，无线烟雾传感器节点100为一个集成ZigBee模块的温湿度传感器节点，其主要由烟雾传感器101、ZigBee模块102以及传感器天线103组成，其中烟雾传感器的输出端连接ZigBee模块的输入端，所述ZigBee模块的输出端连接传感天线。
在上述无线烟雾传感器节点原理方案的基础上，本实用新型采用图3所示的具体电路结构来实现无线烟雾传感器节点100。在该电路中，烟雾传感器101采用MQ-2型气体传感器、ZigBee模块102采用无线SOC片上系统CC2430芯片，且在单个芯片上整合了ZigBee射频（RF）前端、内存和微控制器，MQ-2型气体传感器的输出接至芯片CC2430,利用芯片CC2430片内ADC转换电路采集气体浓度数据，形成ZigBee协议格式的数据，然后通过天线把数据通过ZigBee网络发往后端。
本实用新型中采用的MQ-2型气体传感器，具有探测范围广、高灵敏度、工作稳定等特点，其一般用于测量工业环境中可燃气体浓度，作为工厂气体泄露监测装置，适合于液化气、甲烷、丁烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等易燃易爆气体的探测。采用该信号的传感器能够大大提升系统测量的精度。
本实用新型中的CC2430芯片延用了以往CC2430芯片的架构，在单个芯片上整合了Zigbee射频（RF）前端、内存和微控制器。它使用1个8位MCU（8051），具有128KB可编程闪存和8KB的RAM，还包含模拟数字转换器（ADC）、几个定时器（Timer）、AES128协同处理器、看门狗定时器（Watching timer）、32KHz晶振的休眠模式定时器、上电复位电路（Power OnReset）、掉电检测电路（Brown out detection），以及21个可编程I/O引脚。CC2430芯片采用0.18umCMOS工艺生产；在接受和发射模式下，电流损耗分别低于27mA或25mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性，特别适合那些要求电池寿命非常长的应用。
CC2430芯片特点：
1、高性能和低功耗的8051微控制器核；
2、集成符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz的RF无线电收发机；
3、优良的无线接收灵敏度和强大的抗干扰性；
4、在休眠模式时仅0.9μA的流耗，外部的中断或RTC能唤醒系统；在待机模式时少于0.6μA的流耗，外部的中断能唤醒系统；
5、硬件支持CSMA/CA功能；
6、较宽的电压范围（2.0～3.6V）；
7、数字化的RSSI/LQI支持和强大的DMA功能；
8、具有电池监测和温度感测功能；
9、集成了14位模数转换的ADC；
10、集成AES安全协处理器；
11、带有2个强大的支持几组协议的USART，以及1个符合IEEE802.15.4规范的MAC计时器，1个常规的16位计时器和2个8位计时器；
12、强大和灵活的开发工具。
由于本实用新型提供的系统不是以一个独立的通信网络形式存在，网络中监测的烟雾浓度数据需要发送到监测中心主机进行分析和显示，这就需要实现ZigBee无线监测网络与以太网的互联。ZigBee无线网关200实现该功能，担当ZigBee网络和以太网的协议转换。
参见图4，本实用新型中的ZigBee无线网关200由下列部分组成：内部集成符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz的射频(RF)收发器的CC2430无线单片机201、采用ARM核的AT91SAM9260微控制器202、DM9161以太网控制器芯片203。
CC2430无线单片机201通过无线204接受无线烟雾传感器节点100发送的ZigBee协议格式的数据，并对该数据预处理后将其转换成数字信号，并传输至AT91SAM9260微控制器202；AT91SAM9260微控制器202将接收到的数据传至DM9161以太网控制器芯片203，DM9161以太网控制器芯片203将接收到的数据以太网协议格式通过以太网发送至控制中心进行分析和显示。
由于，AT91SAM9260微控制器没有内嵌入Flash存储器，所以本实用新型可在外部扩展一个Flash存储器SST39VF160（205），
本实用新型中采用的AT91SAM9260微控制器202是基于ARM926EJ-S处理器，具备8KB指令以及8KB数据缓存。在190MHz时钟频率下运行时性能可达210MIPS。该处理器包含了8KB SRAM以及32KB ROM，在最高处理器或总线速度下可实现单周期访问。该处理器还具备外部总线接口，这些外部总线接口中包含了诸多控制器，用于控制SDRAM以及包括NANDFlash和CompactFlash在内的静态存储器。其广泛的外围设备集包括USB全速主机和设备接口、10/100Base T以太网MAC、图像传感器接口、多媒体卡接口（MCI）、同步串行控制器（SSC）、USART、主/从串行外围设备接口（SPI）、一个三通道16位定时计数器（TC）、一个双线接口（TWI）以及四通道10位模数转换器。三个32位并行输入/输出控制器让针脚可以与这些外围设备实现多路复用，从而减少了设备的针脚数量以及外围设备DMA通道，将接口与片上、片外存储器之间的数据吞吐量提升到了最高水平。
对于DM9161以太网控制器芯片203，其是一款完全集成的和符合成本效益单芯片快速以太网PHY，是采用较小工艺0.25um的10/100M自适应的以太网收发器。DM9161AEP通过可变电压的MII或RMII标准数字接口连接到MAC层，支持HP
其是目前常见的一款物理层收发器，由于全球的MCU集成度不断提高，由早先的MAC+PHY+MII的衍生到现在的PHY，在以太网部分的成本，逐渐降低。
DM9161以太网控制器芯片具有以下特点：
1.48pin LQFP封装；
2.制作工艺：0.25um，IO供电电压3.3V，模拟部分2.5V；
3.支持MII和RMII连接方式（推荐使用MII）；
4.支持双绞线自适应（AUTO-mix）；
5.支持TCP/IP硬加速；
6.与全球95%的厂家的MCU完全兼容，是ATMEL推荐使用的单口PHY。
基于上述方案形成的本实用新型在具体实时，烟雾传感器节点布置在被监测的机柜内，节点通过传感器天线将数据发送到ZigBee网关，网关通过其上的RJ45接口将数据通过电信传输网（即以太网）传送到控制中心主机（如图5所示），控制中心主机通过对数据的分析和显示，实现随时监控机柜内的烟雾浓度，如果超出指标会立刻报警，通知维护人员。
通过上方案形成的烟雾传感器节点和ZigBee网关之间具有1000m的无线通信距离，故本实用新型在实施时，在半径约1000m范围内的机柜可组成一个单独网络，每个网络装备一个网关。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (7)
1.基于zigbee的无线烟雾传感器系统，其特征在于，所述系统包括：
无线烟雾传感器节点，所述无线烟雾传感器节点采集现场的烟雾数据，并将采集到的数据进行预处理后通过ZigBee网络传至ZigBee网关；
ZigBee网关，所述ZigBee网关将接受到的数据转换成以太网协议格式的数据，并通过以太网传至控制中心；
控制中心，所述控制中心对接受的数据进行实时的监控计算和显示。
2.根据权利要求1所述的基于zigbee的无线烟雾传感器系统，其特征在于，所述无线烟雾传感器节点与ZigBee网关之间的无线数据传输距离达到1000m。
3.根据权利要求1或2所述的基于zigbee的无线烟雾传感器系统，其特征在于，所述无线烟雾传感器节点包括烟雾传感器、ZigBee模块以及传感天线，所述烟雾传感器的输出端连接ZigBee模块的输入端，所述ZigBee模块的输出端连接传感天线。
4.根据权利要求3所述的基于zigbee的无线烟雾传感器系统，其特征在于，所述烟雾传感器为MQ-2型气体传感器。
5.根据权利要求3所述的基于zigbee的无线烟雾传感器系统，其特征在于，所述ZigBee模块为集成ZigBee射频前端、内存以及微控制器的CC2430芯片。
6.根据权利要求1或2所述的基于zigbee的无线烟雾传感器系统，其特征在于，所述ZigBee网关包括内部集成符合IEEE802.15.4标准的2.4GHz的射频收发器的CC2430芯片、AT91SAM9260微控制器以及DM9161以太网控制器芯片，所述CC2430芯片、AT91SAM9260微控制器以及DM9161以太网控制器芯片依次数据相接组成ZigBee网关。
7.根据权利要求6所述的基于zigbee的无线烟雾传感器系统，其特征在于，所述ZigBee网关还包括Flash存储器SST39VF160，其与AT91SAM9260微控制器相接。
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