基于ZigBee技術(shù)的室內(nèi)防燃?xì)庑孤断到y(tǒng)設(shè)計

黃銀蓉?黃定強

摘要：在生活中，如果可燃?xì)怏w使用不當(dāng)，遇火后可能會使其燃燒或爆炸，這也是火災(zāi)爆炸事故的一些起因。所以為了無時無刻對室內(nèi)的可燃?xì)怏w進(jìn)行監(jiān)測，達(dá)到預(yù)防事故的發(fā)生的目的。本文將設(shè)計一種可以實現(xiàn)實時監(jiān)測室內(nèi)可燃?xì)怏w并加以警報的系統(tǒng)。其中傳感節(jié)點可以用MQ-7傳感器來實現(xiàn)，還有cc2530芯片，協(xié)調(diào)器節(jié)點，以及終端節(jié)點，組建數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)需要通過ZigBee協(xié)議，數(shù)據(jù)處理需要使用到PC端，當(dāng)檢測到設(shè)置的相應(yīng)值低于室內(nèi)可燃?xì)怏w濃度利用蜂鳴器時對用戶加以警告。

關(guān)鍵詞：ZigBee;一氧化碳傳感器;警報

1.引言

燃?xì)庠诋?dāng)今生活中被廣泛應(yīng)用，它的便利性廣受人們青睞，但同時它們也存在一定的風(fēng)險，當(dāng)人們操錯失誤或者燃?xì)庑孤抖紩硪欢ǖ奈：ΑＲ谎趸迹╟o）是人工煤氣的主要成分，它具有無色、微臭的特性，天然氣燃燒不完全的產(chǎn)物就是它，如果空氣中的一氧化碳濃度值大于0.0024%時，就會對人體造成很大的危害，可能會使人窒息，如果嚴(yán)重時就會導(dǎo)致人體內(nèi)臟出血，出現(xiàn)水腫壞死等問題。因為它的特性所致，所以在生活中人們很難察覺它的存在。若是不及時發(fā)現(xiàn)救治，發(fā)生死亡事故的可能性很大。目前市面上已出現(xiàn)多種防燃?xì)庑孤稒z測裝置，但是，爭對家庭防燃?xì)鈾z測裝置較少。本文就是針對上述問題，設(shè)計了基于ZigBee技術(shù)的室內(nèi)防燃?xì)庑孤断到y(tǒng)[1]，對于家庭來說，費用較為低廉，操作簡單方便。在產(chǎn)生燃?xì)庑孤稌r能夠及時檢測并報警，使人們在第一時間里關(guān)閉燃?xì)忾y，杜絕泄露的發(fā)生。能夠在最快的速度內(nèi)感受到危險逃離場地。

2.ZigBee概述

ZigBee是基于IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗局域網(wǎng)協(xié)議，是此協(xié)議的代名詞。它是一種雙向無線通信技術(shù)，具有低復(fù)雜度、低功耗、短距離、低成本、低數(shù)據(jù)傳輸速率和自組織性，它主要運用于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，具有地理定位的功能，并且支持各種設(shè)備中嵌入，功能之強大，用途之多。此外，其傳輸距離多為10-100m，在增加發(fā)射功率后，有效傳輸距離可增加到1-3Km，并且其使用壽命長，抗干擾能力強，性能穩(wěn)定，安全性也極高，可輕松實現(xiàn)無線傳感器檢測設(shè)備的安裝，在技術(shù)上，同時消除了成本的麻煩與電線的復(fù)雜度，提高了安裝效率，以及用戶的體驗感。

3.設(shè)計方案

如圖1所示， 本次系統(tǒng)由ZigBee終端節(jié)點、仿真器、一氧化碳傳感器、WiFi模塊、蜂鳴器組成，通過串口與PC端連接。其中終端節(jié)點利用MQ-7一氧化碳傳感器節(jié)點采集室內(nèi)可燃性氣體（一氧化碳）的濃度，并通過顯示屏顯示，然后運用相應(yīng)的處理技術(shù)將濃度值轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電壓信號以便識別，再通過相應(yīng)的處理電路對信號進(jìn)行比較、放大、濾波，cc2530芯片利用ZigBee協(xié)議[2]將信號發(fā)送給協(xié)調(diào)器節(jié)點。協(xié)調(diào)器節(jié)點在接收到數(shù)據(jù)后并再次對信息進(jìn)行處理，然后經(jīng)過串口傳送到PC端，啟動PC端相應(yīng)的應(yīng)用程序，進(jìn)行信號比較與處理，達(dá)到相應(yīng)閥值時即啟動蜂鳴器警報裝置。 詳細(xì)實施過程為：

1. 配置CO傳感器，設(shè)定濃度設(shè)定值時，平時正常狀態(tài)時為高電平。

2. 讀取檢測引腳電平，輸出顯示，上傳給協(xié)調(diào)器;當(dāng)串口顯示處于高電平狀態(tài)時說明沒有檢測到氣體，同時LCD屏上顯示正常;當(dāng)串口顯示處于低電平狀態(tài)時，信號燈點亮，說明檢測到氣體存在，同時LCD屏上顯示異常。

3. 利用周期性點播的定時器，間隔1s定時采集數(shù)據(jù)，將采集到的信息發(fā)送給協(xié)調(diào)器，再通過終端LCD顯示出來。

4. 將程序下載到板塊上。

5. CO傳感器檢測到一氧化碳?xì)怏w，觸發(fā)蜂鳴器，從而實現(xiàn)傳感器報警感應(yīng)。

4.網(wǎng)絡(luò)接入

本文由于使用兩個終端節(jié)點，需要連接CO傳感器和蜂鳴器，每一個節(jié)點需要接受到應(yīng)用程序發(fā)送的網(wǎng)絡(luò)，所以可以采取組播組網(wǎng)模式[4]。相關(guān)組網(wǎng)操作需要協(xié)調(diào)器上電后進(jìn)行，入網(wǎng)操作需要在終端節(jié)點上電后進(jìn)行，終端節(jié)點在成功加入ZigBee網(wǎng)絡(luò)后，將自己的節(jié)點信息封裝成網(wǎng)絡(luò)信息包來發(fā)送給協(xié)調(diào)器（同時協(xié)調(diào)器也稱為匯聚節(jié)點或Sink節(jié)點），協(xié)調(diào)器在接收到網(wǎng)絡(luò)信息后就通過串口發(fā)送至PC端，然后組網(wǎng)情況可以由PC端上的ZigBee Sensor Monitor程序來查看。終端節(jié)點在加入了ZigBee[3]網(wǎng)絡(luò)之后，然后定期上報自己的網(wǎng)絡(luò)信息包，Zstack協(xié)議棧啟動成功后設(shè)置了一個定時器，當(dāng)定時器事件發(fā)生后，就會觸發(fā)相應(yīng)的事件（MY_REPORT_EVT事件），MY_REPORT_EVT事件的函數(shù)觸發(fā)入口為MPRouter.c文件（或MPEndPont.c文件）中的zb_HandleOsalEvent（）函數(shù)，實現(xiàn)對事件的處理過程即在此函數(shù)中。

5.總結(jié)

本設(shè)計的主題是基于ZigBee的室內(nèi)防燃?xì)庑孤断到y(tǒng)設(shè)計，主要目的是設(shè)計出一款感知檢測一氧化碳?xì)怏w并實現(xiàn)報警裝置。通過傳感器設(shè)備，及時對室內(nèi)封閉環(huán)境下一氧化碳?xì)怏w泄露的感知，提醒室內(nèi)的人們在告知氣體泄露的第一時間下，開窗通風(fēng)，流通空氣，避免并杜絕出現(xiàn)燃?xì)庵禄柝噬踔林卸臼录陌l(fā)生，為人們提供安全防護(hù)的保障。此外，本設(shè)計中還存在諸多不足之處，還未能實現(xiàn)對于遠(yuǎn)程監(jiān)控操作系統(tǒng)，以及對于手機App報警裝置的安裝。假使，上述問題得以實施，將會為人們生活上帶來更大更多的便利，同時也為社會的發(fā)展進(jìn)步帶來更大的社會效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙德基. 基于ZigBee技術(shù)的室內(nèi)液化氣泄漏報警系統(tǒng)設(shè)計[C]. 云南省機械工程學(xué)會2010年年會. 0.

[2]秦海軍. 一種基于ZigBee的環(huán)境氣體濃度監(jiān)測裝置，CN109060703A[P]. 2018.

[3]趙云. 基于ZigBee技術(shù)的信息安全[J]. 品牌研究， 2018（3）：2.

[4]K.埃德斯特倫， H.杰普松， and S.派爾松. 用于在無線通信網(wǎng)絡(luò)中的許可輔助接入小區(qū)中執(zhí)行多信道接入過程的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和方法[P]，CN111434178A. 2020.

作者簡介：黃銀蓉（1984-），女，廣安職業(yè)技術(shù)學(xué)院，講師，碩士研究生，研究方向為人工智能控制。