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《基于zigbee技術(shù)的無線智能家用燃?xì)鈭缶到y(tǒng)》由會員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學(xué)術(shù)論文-天天文庫。
1、基于ZigBee技術(shù)的無線智能家用燃?xì)鈭缶到y(tǒng)楊曉明施云波修德斌趙文杰米繼耀劉叢寧時間:2011年02月23日字體:大中小關(guān)鍵詞:協(xié)調(diào)器語音模塊串口協(xié)議棧報警系統(tǒng)可燃性安全防范的報警系統(tǒng)是確保住宅、住戶安全的極為重要的途徑之一,同時也是數(shù)字化家庭的重要組成部分。???遇到煤氣泄漏等緊急情況時,及時對外報警求助就顯得十分必要,成為人們生活中必不可少的部分。???本文設(shè)計的基于ZigBee技術(shù)的無線智能家用燃?xì)鈭缶到y(tǒng)是以CC2430為核心,與電話機(jī)網(wǎng)絡(luò)、語音電路及可燃性氣體傳感器相結(jié)合,通過無線節(jié)點(diǎn)的布網(wǎng),實時監(jiān)測家用燃?xì)鈿怏w濃度來檢
2、測是否有可燃性氣體泄漏,如果有泄漏并超過安全的范圍,通過ZigBee終端節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)傳到中心協(xié)調(diào)器,通過微控制器控制電話機(jī)模塊和語音模塊撥打求助電話,通知家人有安全隱患,并且同時將報警信號發(fā)送給小區(qū)的監(jiān)控中心。1系統(tǒng)構(gòu)成???本智能監(jiān)測系統(tǒng)主要是由ZigBee無線模塊、電話機(jī)模塊、語音模塊、數(shù)據(jù)采集模塊,以及LCD顯示模塊組成。整個系統(tǒng)圍繞zigBee模塊組網(wǎng),在整個小區(qū)內(nèi)組建成網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)工作時,終端的ZigBee節(jié)點(diǎn)采用半功能的ZigBee節(jié)點(diǎn)設(shè)備,主要完成燃?xì)鈿怏w濃度的采集及數(shù)據(jù)的發(fā)送。終端節(jié)點(diǎn)把數(shù)據(jù)發(fā)送給中間路由或直接發(fā)送給
3、中央?yún)f(xié)調(diào)器,協(xié)調(diào)器會處理診斷傳來的數(shù)據(jù),如果達(dá)到了預(yù)先設(shè)定好的濃度報警閾值,就會驅(qū)動電話網(wǎng)絡(luò)中的電話機(jī)模塊撥打預(yù)先設(shè)定好的電話號碼,通過模擬摘掛機(jī)的方式驅(qū)動語音模塊撥打設(shè)定好的電話號碼,如果電話占線或無人接聽還可撥打下一個電話號碼,這樣連續(xù)循環(huán)撥打,直到對方摘機(jī)。如果對方摘機(jī)就會聽到預(yù)先編錄好的語音模塊播放的相應(yīng)的語音。在撥打電話號碼的同時,中央處理器也會驅(qū)動蜂鳴器報警,如果有人在家的情況下,還可以直接通過按鍵解除報警,直接看到LCD上的數(shù)據(jù)顯示結(jié)果,進(jìn)而直接采取相應(yīng)措施。系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。2系統(tǒng)的硬件設(shè)計與實現(xiàn)???該系統(tǒng)主
4、要由無線模塊、電源模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、電話機(jī)模塊、顯示模塊、蜂鳴報警、語音模塊等部分組成。2.1無線數(shù)據(jù)傳輸模塊???ZigBee技術(shù)是一種應(yīng)用于短距離、低速率下的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼夹g(shù),是基于IEEE802.15.4無線標(biāo)準(zhǔn)研制開發(fā)的。在PHY層,其頻段是免費(fèi)開放的,國內(nèi)主要應(yīng)用于2.4GHz頻段,傳輸距離大約100m,傳輸速率大約是250Kb/s,各個頻段均采用直接序列擴(kuò)頻技術(shù)。為了避免其他無線通信干擾,采用碰撞避免機(jī)制,同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留專用時隙,避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。ZigBee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查功能,具有加密
5、功能,加密算法采用通用的AES-128加密算法。本文采用以CC2430為內(nèi)核的ZigBee模塊,CC2430集成了RF射頻模塊與加強(qiáng)型的51模塊。CC2430有低功耗模式,在沒有數(shù)據(jù)發(fā)送的時候,前端節(jié)點(diǎn)進(jìn)入休眠狀態(tài),此時的耗電量僅為幾十微瓦。有中斷掛起時能夠很快地傳輸數(shù)據(jù)。針對小區(qū)的智能安防建設(shè),采用mesh狀的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)模型如圖2所示。Mesh拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)具有自愈能力,安全性和可靠性高,其中的一個節(jié)點(diǎn)發(fā)生故障時不會影響整個系統(tǒng)工作。可以通過其他冗余路由傳輸給中心協(xié)調(diào)器(基站),從而能夠使中心協(xié)調(diào)器有效地發(fā)送控制命令。2.2電源
6、模塊???電源模塊主要是由TPS79533低壓穩(wěn)壓器輸出3.3V電壓,其輸入電壓范圍是2.7~5.5V,并具有較高的電源抑制比、超低噪聲、較好的電壓線性和負(fù)載瞬態(tài)效應(yīng)以及較小的電壓漂移。其具體電路如圖3所示。???此電源模塊采用5V直流電源直接供電,通過穩(wěn)壓器穩(wěn)壓到3.3V,也可以通過USB供電,如果作為前端節(jié)點(diǎn)或者受到環(huán)境因素影響,在沒有方便的電氣設(shè)備情況下,也可以采用3節(jié)干電池供電,在3種電源同時存在的情況下,電路會直接以最高電壓輸入為電源,其他則被屏蔽。此電路融合了3種電源的應(yīng)用,節(jié)點(diǎn)在任何場合隨意放置。通過TPS79533轉(zhuǎn)
7、換3.3V工作電壓:在輸入和GND之間增加上O.1μF和47μF并聯(lián)的旁路電容,47μF的電容可穩(wěn)定輸出,使輸入電平更加平滑。0.1μF的小電容與GND相連,對高頻信號提供了一個對地通路。這樣,通過O.1μF和47μF兩只電容的并聯(lián)作為旁路電容可以獲得更大的濾波頻段,增強(qiáng)穩(wěn)定性,提高噪聲和紋波抑制。同樣,在輸出和GND之間也要增加同樣的并聯(lián)電容,使輸出更穩(wěn)定,并且可以獲得穩(wěn)定純凈的電壓輸出。由于穩(wěn)壓器的內(nèi)部參考電壓的噪聲是穩(wěn)壓器本身噪聲的主要來源。TPS79533的PASS引腳通過一個250kΩ電阻連接到參考電壓上。這樣內(nèi)部250k
8、Ω的電阻連同外部連接的O.01μF的電容構(gòu)成一個低通濾波器來減少參考電壓的噪聲和輸出噪聲。2.3數(shù)據(jù)采集模塊???采用催化燃燒式氣體傳感器TGS6812,TGS6812適用于檢測氫氣、甲烷和液化石油氣等可燃性氣體,傳感器精度高、持久耐