基于Zigbee超聲波的距離報警系統

趙培鈞 張文豪 張新宇

摘 要：傳統距離檢測的方法在某些特殊場合有一定的缺陷，這些缺陷是很難攻克的。例如，頁面測量。測量是一種距離測量。傳統的電極方法使用不同分布的電極，通過施加電流或脈沖來檢測。電極長時間浸沒在水或其他液體中，容易腐蝕、電解和丟失。而超聲波測量化解這些問題非常簡單。多年來，對于超聲波技術的探索和研究不斷深入，憑借超聲波精度高、無損、非接觸等優點，超聲波的應用越來越普及。已廣泛應用于機械制造、電子冶金、導航、航空航天、石化、交通運輸等工業領域。在一些特定情況下，超聲波測距擁有其他測距無法超越的優勢，因為這種方法使用的計算之間的超聲波傳輸測量對象和超聲波探頭來測量距離，所以它是一種非接觸式測量可用于一些特殊場合或在嚴酷的環境下。

關鍵詞：Zigbee，超聲波模塊

一、系統設計

（一）系統的設計目標

本設計是基于cc2530單片機超聲波傳感器的報警系統。超聲波傳感器的工作原理是利用超聲波發射， 通過被測物體的反射、回波接收后的時差來測量被測距離的，當終端節點接收到傳感器測量的距離，通過雙機通信把所測量的距離傳到協調器，通過協調器根據不同的測距距離來驅動蜂鳴器響與不響的情況，來實現簡單的基于超聲波傳感器測距的警報系統。

（二）總體設計

防盜報警系統一個應用，兩個節點（含一個網關、一個普通節點）組成星型拓撲，用到兩個節點：超聲波節點、網關節點。超聲波節點采集距離信息后傳給網關，網關顯屏上顯示出采集信息。如果物體進入20cm測距范圍內，蜂鳴器會報警。

（三）系統總流程

終端節點：按動按鍵，觸發終端節點的發送事件，發送事件調用超聲波函測定距離函數，將數據反饋并且傳輸到協調器。

協調器：接收數據觸接受事件，顯示器顯示數據并且判斷數據是否大于20，若大于20，不觸發蜂鳴器，若小于20，觸發蜂鳴器發出警報

（四）數據流程

數據發送流程：Generic_ProcessEvent→Generic_HandleKeys事件→osal_start_timerEX→GenericApp_SendTheMessage→AF_DataRequest→osal_start_timerEX→GenericApp_SendTheMessage（循環）

數據接收流程：GenericApp_ProcessEvent→osal_msg_receive→AF_INCOMING_MSG_CMD事件→GenericApp_MessaGeMSGCB_→if（pkt→cmd.Data[1]<’2’）→蜂鳴器模塊→事件完成

二、ZigBee介紹

（一）ZigBee物理信道

信道技術在物理層中扮演者重要的角色。一般來說，信道技術包括隨機信息訪問技術和時分復用技術。ZigBee技術暫時沒有用到時分復用技術。因此，隨機信道技術是目前ZigBee需要考慮的最優先技術之一。隨機接入技術在數據傳輸之前，節點首先監視信道，如果有合適的時間傳輸數據。不合適的情況下，可以隨機退出。信道通過兩種模式接入信標。ZigBee主要采用非信標模式。這主要是因為該模式更加靈活，并且不需要定期發射信標幀。所有節點都是為了訪問信道而競爭的方法。

（二） ZigBee網絡拓撲與設備類型

ZigBee技術的網絡拓撲分為三種。星型，網絡，樹。ZigBee技術設備按照節點劃分，也可以分為三種類型的節點。分別是路由器節點，終端節點，協調節點。三種類型的節點側重不同，各自都有自己的焦點，為了完成各種網絡行動，可以進行組合。

（三） ZigBee協議棧概述

ZigBee協議棧建立的基礎是IEEE802.15.4，定義了協議的PHY和MAC層。ZigBee 協議棧體系中包含了許多層的元件，如堆棧層以及PHY、MAC層的元件。

（四）CC2530簡介

市場上許多芯片制造商如捷力、美國微芯科技都提高工作在2.4GHZ的Zigbee芯片，但是分析上述公司的芯片發現，只有TI公司的CC2430/CC2530采用標準的8051 處理器，使用起來比較方便。CC253是TI 09年推出的在CC2430的基礎上根據CC2430實際應用的一些問題做了一些改進，CC2530支持最新的2007/PRO協議棧。故本系統采用CC2530芯片作為核心部件。

CC2530的微控制器內核為增強型的8051，因此對于有51單片機基礎的開發者來很容易掌握CC2530。除了8051 單片機內核外它還結合了具有靈敏度和抗干擾性的先進RF收發器。CC2530 提供了32KB、64KB、128KB、256KB四種不同版本內存的Flash存儲器。

三、超聲波傳感器介紹

（一）超聲波模塊簡介

超聲波傳感器模塊使用接收反射波的方式來進行距離的測量，傳感器有一個發射波的模塊和一個接收波的模塊組成。

超聲波傳感器由于是采用發射接收方式，所以在時間計算上有一個盲區，即MCU的最小反應時間，我們的模塊的盲區在6cm。

（二）超聲波模塊主要技術參數

1：使用電壓：DC5V

2：靜態電流：小于2mA

3：電平輸出：高5V

4：電平輸出：底0V

5：感應角度：不大于15度

6：探測距離：6cm-80cm

（三）超聲波模塊工作原理

（1）觸發距離測試的方式為IO，最少需要給10us的高電平信號;

（2）超聲波會發送40khz的方波8個，并且檢測返回的信號;

（3）檢測到返回信號時，IO口輸出一高電平，超聲波歷經的時間就是接收到電平所使用的過程時間.測試距離=（高電平時間*聲速（340M/S））/2。

結語：

經過學習zigbee的相關知識以及所完成的超聲波警報預警系統，我們完成了無線傳感器網絡的課程的學習。通過學習這門課程，我們學會了利用IRA軟件來建立工程，編寫，調試，下載程序。并通過CC2530單片機來調試分析程序功能。初期我們學習了基礎理論，后期主要學習了部分代碼以及如何將其拓展形成功能更加完善的程序。

參考文獻：

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[2]王斯琪.基于ZigeBee的超聲波車位檢測誘導系統設計[D].石家莊鐵道大學，2015：13-15

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臨沂大學， 山東 臨沂 276000