基于6LoWPAN的智能小區管理系統設計

仝 迪，陳 果，郭江來

（西南石油大學 電氣信息學院，四川 成都 610500）

隨著科學技術和經濟的快速發展，人們對小區的概念已從最初滿足簡單的居住到注重住宅的人性化需求，如安全、舒適、快捷、方便的智能小區，其中安全性是首要目標。采用門衛值勤、人工夜巡、樓宇對講系統等傳統手段進行小區安保管理已經難以滿足住戶的要求，為了實現小區的安防監控、環境監測、公共設備管理等，在小區領域內引進智能化手段可更好地保障居民生活的安全與方便[1-2]。

1 智能小區管理系統方案總體設計

智能小區管理系統主要針對小區內溫度、濕度、可燃氣體、火焰等周圍環境因素及防盜進行有效的監測。本系統采用TI的CC430F6137芯片作為核心處理器，該芯片在微控制器內核、外圍設備、軟件和它的射頻接收發射器之間提供了一個極高的集成性，使得該片上系統的解決方案變得容易實現，且其性能易于優化。系統硬件方案主要包括傳感器接口電路、RFID射頻模塊、電源管理電路、門禁系統模塊、串口電路、時鐘電路等，可以實現小區環境信息的感知及防盜功能。其系統硬件框圖如圖1所示。

圖1 智能小區管理系統硬件框圖Fig.1 Hardware block diagram of the intelligent community management system

2 管理系統硬件設計

2.1 電源管理電路設計

電源管理模塊主要是為主控芯片和其他外圍模塊中的器件提供它們各自所需的工作電壓，讓它們能穩定的工作。該電源模塊使用的是AMS1117芯片，該芯片能將5 V電壓轉換成3.3 V電壓[3]。圖2為電源管理模塊的原理圖。

圖2 電源管理模塊原理圖Fig.2 The diagram of the power management module

2.2 傳感器接口設計

1）為獲取環境溫度與相對濕度值，本系統選用DHT11數字式溫濕度傳感器[4-5]，其溫度值的檢測范圍為 0～+50℃，濕度值的檢測范圍是 20%～90%RH（Relative Humidity，相對濕度），它的應用電路如圖3所示。

圖3 DHT11典型應用電路Fig.3 Typical application circuit of DHT11

2）為了探測空氣中的可燃氣體，本系統選用寬范圍可燃氣體傳感器MQ-2，它具有壽命長、成本低和安裝簡單等特點[6]，能夠實現對甲烷、丙烷、液化氣等多種可燃氣體準確測量。其接口電路如圖4所示。

3）檢測是否起火并報警是智能小區管理中所需要的應用。本系統利用紅外傳感器構成火焰探測器，它能將火焰的亮度轉化為高低變化的電平信號。其外圍接口電路如圖5所示。

圖4 MQ-2接口電路Fig.4 The interface circuit of MQ-2

圖5 火焰探測器接口電路Fig.5 The interface circuit of flame detector

2.3 無線收發模塊電路設計

CC430F6137內部集成了CC1101無線收發模塊，本設計中的RF頻率為889.99 MHz，數據傳輸速率為38.384 kbps，信道間隔為101.563 kHz，在本系統設計中，依據發送范圍來設置功率的大小，達到降低功耗的目的。其無線收發電路圖如圖6所示。

圖6 無線收發電路Fig.6 The circuit of wireless transmission

2.4 門禁系統模塊設計

小區門禁系統主要包括：射頻卡、讀卡器、電子門鎖、門禁控制器、nRF905無線收發模塊、主控制器等。其硬件框圖如圖7所示。

圖7 門禁系統硬件框圖Fig.7 Hardware block diagram of the access control system

36 LoWPAN無線傳感器網絡

智能小區應用平臺中6LoWPAN網絡的設計目標是完成6LoWPAN協議適配層的主要功能，即報文分片和重組、報頭壓縮和地址自動配置[7]；網絡拓撲采用最簡單的星型結構，并實現6LoWPAN內部節點與外部IPv6網絡的UDP報文傳輸。

3.1 路由節點

路由節點作為中介，負責將接收到的數據進行轉發，也可以在此加入傳感器將其看作一個傳感節點，通過無線傳感器網絡接收來自傳感器節點的數據和向傳感器節點發送數據，本文采用了CC430F6137作為控制中心，配以適當的外圍電路即可工作，功耗極低。

3.2 網關節點

網關的主要作用是協議轉換。采用CC430F6137的串口與上位機進行連接。由于網關沒有連接傳感器，只需要組織管理網絡和收集傳感器節點采集的信息，或是接收PC的命令進行無線數據采集。傳感器節點在對傳感器采集到的數據進行處理后，與路由節點和網關節點共同組建SimpliciTI網絡，通過無線方式把檢測到的數據傳送至網關，并在CC430F6137中完成對6LoWPAN數據的解包，然后再將數據傳送到上位機。

3.3 6LoWPAN網絡節點軟件設計

6LoWPAN網絡節點的程序設計包括路由節點和網關節點的軟件設計。路由節點主要實現控制數據和命令的轉發，其程序流程圖如圖8所示。網關節點通過串口與上位機進行連接，其流程圖如圖9所示。

圖8 路由節點程序流程圖Fig.8 Flow chart of routing node

圖9 網關節點程序流程圖Fig.9 Flow chart of gateway node

4 結束語

文中設計了一種基于CC430F6137的智能小區管理系統。此系統主要是由無線傳感器節點和其他外圍模塊組成，系統采用CC430F6137內部集成的RF收發模塊并利用6LoWPAN協議控制各節點傳感器監測數據。因此，該系統可廣泛應用于智能小區的控制和管理。

[1]高素萍.智能小區安防系統的設計與實現[J].電氣應用，2006，25（6）:120-124.GAO Su-ping.The design and realization of safe and protect system for information community[J].Electrotechnical Application，2006，25（6）:120-124.

[2]張超敏.智能小區周界防盜報警系統的研究與設計[J].電氣應用，2013，32（2）:36-39.ZHANG Chao-min.The design and research of intelligent village perimeter security alarm system[J].Electrotechnical Application，2013，32（2）:36-39.

[3]Advanced Monolithic Systems，Inc.1A LOW DROPOUT VOLTAGE REGULATOR[EB/OL].（2013-11-5） 07.http://www.advanced-monolithic.com/download.html.

[4]Jian W.Radio Frequency-Based Body Temperature and Walking Steps Monitor of Dairy Cow[C]//Computer Distributed Control and Intelligent Environmental Monitoring（CDCIEM），2011:249-252.

[5]韓丹翱，王菲.DHT11數字式溫濕度傳感器的應用性研究[J].電子設計工程，2013，21（13）:83-85.HAN Dan-ao，WANG Fei.Research application of the digital temperature and humility sensor DHT11[J].Electronic and Engineering，2013，21（13）:83-85.

[6]劉竹琴，白澤生.一種高精度可燃氣體檢測報警器設計[J].傳感器與微系統，2013，32（7）:71-73.LIU Zhu-qin，BAI Ze-sheng.Design of a high precision instrument for combustible gas detection and alarm[J].Transducer and Microsystem Technologies，2013，32（7）:71-73.