基于CC2530的大學圖書館機電一體化監控系統的設計

吳攀+曹珍貫

摘 要：針對大學圖書館安全和機電設備方面存在的不足，按現代大學圖書館設計規范標準，提出了采用Zigbee技術構建大學圖書館機電一體化環境安全監控系統的設計方案。新系統對學校檔案室的檔案資料和紙質圖書室重要圖書的安全保存和延長壽命，對信息化設備的安全運行及對提高學生查詢、閱讀效率等起到重要作用。

關鍵詞：大學圖書館 CC2530無線模塊 機電一體化 環境安全監控

中圖分類號：TK229 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）11（a）-0017-02

針對大學圖書館安全和機電設備方面存在的不足，本文按大學圖書館設計標準規范要求，提出了基于Zigbee CC2530無線模塊的大學圖書館機電一體化安全、環境網絡監控系統的設計方案，該方案具有較高的安全性、可靠性。當出現災情時能夠做到第一時間報警，同時對檔案室資料和紙質圖書室圖書的安全保存和延長壽命，對機房信息化設備的安全運行及對提高學生的查詢、閱讀效率方面將會起到重要作用。

1 設計要求

圖書館和檔案室機電一體化的安全、環境網絡監控系統的設計，重點是在強化安全和安全管理的基礎上，盡量作到設備配置科學化、環境綠色友好人性化和技術水平現代化，同時系統應具有實用、可靠和較高的性價比，嚴格按照設計規范標準配置機電和安全設備，主要體現在以下幾個方面。

（1）檔案室的檔案資料和紙質圖書室中的重要藏書，需要在科學合理的溫濕度環境下才能長期保存。常保持相對濕度50%～60%RH以及10℃～18℃的溫度環境可以防止資料蟲蛀、變質，需配置空調機、除濕機、煙霧報警和漏水報警、短信電話報警，并實現自動控制功能。

（2）機房是網絡信息化設備集中場所，需保持適當的溫度，可控制在22℃左右，需配置空調器、掉電報警、煙霧報警器和短信電話報警。

（3）閱覽室按人性化的設計要求，讀者需要有一個適宜的閱讀環境。即環保、綠色和無污染的環境，宜人的溫度和舒適無污染的環境，可以充分發揮閱讀者的智商和潛能，閱覽室除必要的綠色配置外，通常應配置排氣扇、空調器、煙霧報警和短信電話報警等裝置。

2 硬件設計

系統結構為集散型無線網絡化結構，包括上層監控中心和下層結點監控單元兩部分，采用Zigbee技術的無線網絡進行數據傳輸，克服了傳統的RS-485穿墻安裝布線的麻煩。選擇合適的Zigbee無線模塊，無需無線中繼器即可滿足數據傳輸的距離要求，同時具有較高的數據傳送速度和數據信息傳輸的可靠性。

2.1 Zigbee無線模塊選擇

選擇北京泰格瑞德科技有限公司研發生產的Zigbee CC2530無線模塊作為上下位機的無線收發模塊，它可以直接與單片機或處理器相連，采用即插即用方式透明的實現設備間的無線數據傳輸。工作在2.4GHz開放的無線工作頻段，傳輸距離可達1000m，能夠滿足系統的數據傳送距離要求，同時具有永遠在線，可靠性高，價格便宜，特別適用于布線或線路維護不便，需頻繁傳送大流量數據的場合應用。

2.2 監控中心組成

監控中心主要有工控PC機、顯示器、打印機、CC2530無線模塊等，PC機通過RS232串口和CC2530無線模塊相連，還可以通過交換機和學校局域網相連，構成多層網絡系統。監控中心實現與各無線終端的數據交互，包括各無線終端的參數設定，實時檢測數據的上傳、處理、入庫與瀏覽，當有報警信息產生時，及時通過電話與短信向責任人發出報警信息。監控中心同時配備WEB服務器，構建WEB遠程訪問系統，使各項數據可以利用WEB瀏覽器進行遠程訪問。

2.3 下層節點監控單元

下層節點監控單元由以AT89C52單片機為核心的監控模塊、CC2530無線模塊和I/O設備組成。節點監控單元按輸入輸出設備配置不同分為：普通型和專用型兩種。其最大外圍配置有：MQ2煙霧傳感器、AM2301溫濕度傳感器、電源/漏水開關傳感器、空調器、風扇、除濕器、EX-2語音撥號報警器和CC2530無線模塊。這些設備均和單片機的端口的一位I/O線相連接，除此還有LCD1602顯示器占用P0口和三位I/O線，用于實時顯示溫濕度值，CC2530無線模塊和單片機的串行口相聯。

3 軟件設計

本系統軟件包括下層節點監控單元軟件設計和上位機監控系統軟件設計兩部分。

3.1 網絡協議

為了保證數據通信的可靠性，PC機和下位機必須遵循相同的通信協議，才能保證數據可靠發送和接收，該系統采用異步幀格式：8位數據位、1位停止位、無奇偶校驗，檢糾錯采用校驗和方式，波特率為9600bps。

3.2 下層節點監控單元軟件設計

下層節點監控單元軟件主要由主函數、溫濕度監測函數、1062顯示溫濕度函數、專用配置程序函數、延遲2000ms函數、串行中斷函數和數據回送函數組成，各函數的功能如下。

主函數功能：定時調用溫濕度監測函數、1062顯示是溫濕度函數和條件調用專用配置程序函數。

溫濕度監測函數功能：按時序要求實時監測溫濕度值，將實測值與設定值進行比較，并控制空調與加濕器，使溫濕度保持在設定值的范圍之內。

液晶顯示功能：利用1062顯示函數，實時顯示溫濕度值。

專用配置程序函數功能：按條件采集、處理數據和執行專用型監控模塊單元命令的相關程序。

串行中斷函數功能：運行時串行口一直處在中斷接收狀態，接收上位機發送的命令數據，根據命令執行相關的程序。

數據回送函數功能：按上位機發送的命令向上位機回送定長數據。

3.3 上位機監控系統軟件

根據大學圖書館、檔案室設計規范，該系統應具有：對安全環境參數實時檢測、顯示功能；溫濕度實時數據及歷史數據保存與報表生成功能。數據除能夠在服務器端進行瀏覽查詢外，還必須能在學校各個終端進行瀏覽和查詢等功能。按以上要求系統上位機軟件設計采用B/S架構。

B/S構架的Server端，軟件包括初始化程序、數據發送和接收程序、數據處理程序及數據庫數據維護、查詢、打印程序等。系統要求實時數據及歷史數據能夠在學校局域網內所有終端上隨時調閱，因此Web瀏覽器程序設計是本系統中的又一重要的環節，整個Web程序的組成和Server端的程序基本一樣，只是沒有了上下位機的通信環節。因此Web瀏覽器程序主要由以下幾個部分構成：用戶登陸及管理、實時顯示、歷史數據查詢、歷史數據曲線、歷史數據刪除、參數設置等。

4 結語

本文根據現代化大學圖書館設計規范要求，對學校圖書館、檔案室原有的機電設備和安全設備進行了梳理和整合，強化了安全設備配置和管理，并對多個系統進行了綜合集成和優化，采用Zigbee無線網絡技術設計的機電一體化環境、安全網絡監控系統。新系統具有明顯的技術優勢和很強的實用性，擴展便利。下層節點監控單元既可以聯網運行也可以脫網運行。下位節點模塊的單片機通過了Proteus仿真和和Kell的聯調以及上位機的監控軟件調試，結果表明能夠滿足設計的所有功能，在學校圖書館、檔案館環境安全系統改造中具有廣泛的應用前景。

參考文獻

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