ZigBee的多點震動檢測系統設計與實現

楊婉琪 遲吉鑫 劉璐瑤

摘? ?要：該文設計了一種基于Zig Bee技術的多點震動檢測系統，系統有一個主節點和多個從節點，使用多片CC2530芯片處理數據。從節點感應震動發生，通過Zig Bee技術將數據發送給主節點，主節點接收數據，進行數據處理并顯示每個節點的震動情況，如果有從節點發生震動，進行報警。經測試，該系統反應迅速，可以實現報警功能。

關鍵詞：ZigBee;無線傳感器網絡;報警模塊

中圖分類號：TP393 文獻標志碼：A

中國是世界上大陸強震最多的國家，具有地震強度大、范圍廣、危險度高等特點。頻繁的地震，不僅給我國帶來了巨大的經濟損失，也對我們的生命造成了威脅。在這種無法預測的災難面前我們更應該做好防御措施，時刻監測地面震動，以最快的速度做出反應，減少人員傷亡和經濟損失。因此設計多點震動檢測具有重要的現實意義。

ZigBee的名字來源于蜜蜂之間傳遞信息的“Z”字形舞蹈，目前已成為IEEE 802.15.4標準的代名詞。為了擴大ZigBee產品市場，實現規模化經濟，從而推動ZigBee技術的合理和快速發展，由來自全球各地的300多家企業組成ZigBee行業聯盟。聯盟目前已經匯聚了多個創新機構共同創建ZigBee標準，截至當前，已將此標準應用于數以億計認證并部署的物聯網產品。利用其互操作性和向后兼容的特點，進一步延長ZigBee產品的使用壽命，降低成本。就目前ZigBee技術而言，國內外學者的研究主要集中在應用和信息采集領域。ZigBee標準將網絡中的節點分為3種類型：協調器（Coordinator Device）、路由器（Router Device）和終端設備（End Device）。除路由器和終端設備一般采用干電池或者蓄電池來供電外，協調器節點則由穩定電源供電。

1 無線傳感器網絡

無線傳感器網絡目前是較為常見的一種通信網絡技術，其本質上是一種經過有關靜止傳感器以及移動傳感器，通過自組織、多跳等方式構成的一種無線網絡。它可以實現在固定區域內進行數據的采集、預處理、匯總等工作，最終將預處理后的信息傳輸到網絡終端進行分析挖掘等工作。另外， 無線傳感器網絡屬于分布式的傳感網絡， 它的優勢在于可以感知并檢查其外部環境狀況，進而及時進行相關的反饋。作為無線傳感器網絡中的重要組成部分，傳感器能夠通過無線的方式進行組網通信連接， 并且其網絡設置上也較為方便、快捷， 不用會受各種約束，因此可以對其設備位置進行隨意更改， 當然也可以通過有線的方式連接到互聯網上進行數據共享和進一步分析。此網絡也是通過無線通信機制建立起的一種多跳自組織網絡。綜上所述無線傳感器網絡綜合了采集參數、處理參數及傳輸參數等多個功能。

2 系統結構

系統采用ZigBee無線通信技術傳輸數據，實現多數據遠距離實時傳送震動情況。系統整體結構框圖如圖1所示。

該系統有一個主節點和多個從節點，單片機模塊使用多片CC2530芯片處理數據;從節點的CC2530芯片連接震動傳感器、LED燈和天線，主節點的CC2530芯片連接顯示屏、報警模塊和天線。傳感器使用SW-420震動傳感器采集數據;無線通信模塊使用ZigBee技術，ZigBee是一種高可靠的無線數據傳播網絡，每個ZigBee網絡節點不僅可以作為監控對象，還可以自動中轉別的網絡節點傳過來的數據資料。當從節點感應到震動發生時，通過ZigBee技術將數據發送給主節點，主節點將接收到的數據進行數據處理;顯示模塊顯示每個節點的震動情況，如果有從節點所在環境發生震動，報警模塊會進行聲光報警。

3 系統設計

首先要實現ZigBee無線通信，實現ZigBee通信首先要關閉所有中斷，初始化內部系統時鐘，檢查處理器電壓是否正常，初始化I/O，然后配置好協議棧;再調用協議棧的組網函數，加入網絡并創建節點。組建網絡成功后，LED燈閃爍表示組網通信成功。當從節點發生震動時，通過ZigBee將數據從從節點傳輸給主節點，主節點接收到數據，顯示發生震動并聲光報警。當沒有震動發生時，也通過ZigBee將數據從從節點傳輸給主節點，主節點接收到數據，顯示沒有發生震動，不報警。總流程圖如圖2所示。

各模塊初始化包括顯示初始化、報警初始化、傳感器初始化、應用初始化;組建ZigBee網絡由主節點發起;從節點發送的數據為震動傳感器采集到的數據;主節點接收到數據后判斷是否有震動產生，并顯示判斷結果及報警與否。

4 系統調試

采用模塊調試，先對每個模塊進行調試，實現各自的功能，然后再將它們組合成系統，進行系統調試。

報警模塊調試：將報警模塊分別連接到主從節點單片機模塊，用程序控制各自的LED燈閃爍，并且每一個節點的LED燈閃爍頻率不同。報警模塊調試成功之后，可以利用報警模塊來檢測其他模塊。

顯示模塊調試：調試的目的是顯示規定的內容，并且字符排列順序要按規定排列。

傳感器模塊調試：將傳感器模塊和從節點單片機模塊連接，傳感器感應到震動時，從節點的LED燈點亮，不再震動時，LED燈熄滅。

無線通信模塊調試：首先要完成單對單的調試，再進行多對單的調試。多對單的重點是識別從節點，這就需要給從節點設置標志位，將標志位存入發送數據中，并發送至主節點，主節點接收從節點發送的數據，通過讀取標志位來判斷是哪個從節點發送來的數據。多對單調試成功后再完成從節點到主節點的傳輸距離測試。

5結論

該文設計的多點震動檢測系統，不僅能夠快速檢測到震動發生，還能顯示是哪個從節點發生的震動，并實現報警。該系統采用無線通信技術使傳輸數據安全可靠迅速，可以實現報警，減小傷亡率，具有很高的經濟社會價值，應用前景十分廣闊。

參考文獻

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