ZigBee技术在无线智能家用燃气报警系统的应用技术在无线智能家用燃气报警系统的应用
本文设计的基于ZigBee技术的无线智能家用燃气报警系统是以CC2430为核心,与电话机网络、语音电路及可燃
性气体传感器相结合,通过无线节点的布网,实时监测家用燃气气体浓度来检测是否有可燃性气体泄漏.
燃气就是可燃气体,常见的燃气包括液化石油气、 人工煤气、天然气。燃气泄漏探测器就是探测燃气浓度的探测器,其核心
原部件为气敏传感器,安装在可能发生燃气泄漏的场所,当燃气在空气中的浓度超过设定值探测器就会被触发报警,并对外发
出声光报警信号,如果连接报警主机和接警中心则可联网报警,同时可以自动启动排风设备、关闭燃气管道阀门等,保障生命
和财产的安全。在民用安全防范工程中,多用于家庭燃气泄漏报警,也被广泛应用于各类炼油厂、油库、化工厂、液化气站等
易发生可燃气体泄漏的场所。
本文设计的基于ZigBee技术的无线智能家用燃气报警系统是以CC2430为核心,与电话机网络、语音电路及可燃性气体传感器
相结合,通过无线节点的布网,实时监测家用燃气气体浓度来检测是否有可燃性气体泄漏,如果有泄漏并超过安全的范围,通
过ZigBee终端节点把数据传到中心协调器,通过微控制器控制电话机模块和语音模块拨打求助电话,通知家人有安全隐患,
并且同时将报警信号发送给小区的监控中心。
1 系统构成
本智能监测系统主要是由ZigBee无线模块、电话机模块、语音模块、数据采集模块,以及LCD显示模块组成。整个系统围绕
zigBee模块组网,在整个小区内组建成网状网络。系统工作时,终端的ZigBee节点采用半功能的ZigBee节点设备,主要完成
燃气气体浓度的采集及数据的发送。终端节点把数据发送给中间路由或直接发送给中央协调器,协调器会处理诊断传来的数
据,如果达到了预先设定好的浓度报警阈值,就会驱动电话网络中的电话机模块拨打预先设定好的电话号码,通过模拟摘挂机
的方式驱动语音模块拨打设定好的电话号码,如果电话占线或无人接听还可拨打下一个电话号码,这样连续循环拨打,直到对
方摘机。如果对方摘机就会听到预先编录好的语音模块播放的相应的语音。在拨打电话号码的同时,中央处理器也会驱动蜂鸣
器报警,如果有人在家的情况下,还可以直接通过按键解除报警,直接看到LCD上的数据显示结果,进而直接采取相应措施。
系统总体框图如图1所示。
2 系统的硬件设计与实现
该系统主要由无线模块、电源模块、数据采集模块、电话机模块、显示模块、蜂鸣报警、语音模块等部分组成。
2.1 无线数据传输模块
ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低速率、低成本的双向无线通讯技术。主要用于距离短、功耗低且传输速率
不高的各种电子设备之间进行数据传输以及典型的有周期性数据、间歇性数据和低反应时间数据传输的应用。Zigbee是一个
由可多到65000个无线数传模块组成的一个无线数传网络平台,在整个网络范围内,每一个Zigbee网络数传模块之间可以相互
通信,每个网络节点间的距离可以从标准的75m无限扩展。与移动通信的CDMA网或GSM网不同的是,Zigbee网络主要是为
工业现场自动化控制数据传输而建立,因而,它必须具有简单,使用方便,工作可靠,价格低的特点。而移动通信网主要是为
语音通信而建立,每个基站价值一般都在百万元人民币以上,而每个Zigbee"基站"却不到1000元人民币。为了避免其他无线
通信干扰,采用碰撞避免机制,同时为需要固定带宽的通信业务预留专用时隙,避免了发送数据时的竞争和冲突。ZigBee提
供了数据完整性检查功能,具有加密功能,加密算法采用通用的AES-128加密算法。本文采用以CC2430为内核的ZigBee模
块,CC2430集成了RF射频模块与加强型的51模块。CC2430有低功耗模式,在没有数据发送的时候,前端节点进入休眠状
态,此时的耗电量仅为几十微瓦。有中断挂起时能够很快地传输数据。针对小区的智能安防建设,采用mesh状的拓扑结构,
拓扑结构模型如图2所示。Mesh拓扑结构具有自愈能力,安全性和可靠性高,其中的一个节点发生故障时不会影响整个系统工
作。可以通过其他冗余路由传输给中心协调器(基站),从而能够使中心协调器有效地发送控制命令。
2.2 电源模块
电源模块主要是由TPS79533低压稳压器输出3.3 V电压,其输入电压范围是2.7~5.5 V,并具有较高的电源抑制比、超低噪声、
较好的电压线性和负载瞬态效应以及较小的电压漂移。其具体电路如图3所示。
此电源模块采用5 V直流电源直接供电,通过稳压器稳压到3.3 V,也可以通过USB供电,如果作为前端节点或者受到环境因素
影响,在没有方便的电气设备情况下,也可以采用3节干电池供电,在3种电源同时存在的情况下,电路会直接以最高电压输
入为电源,其他则被屏蔽。此电路融合了3种电源的应用,节点在任何场合随意放置。通过TPS79533转换3.3V工作电压:在
输入和GND之间增加上O.1μF和47μF并联的旁路电容,47μF的电容可稳定输出,使输入电平更加平滑。0.1μF的小电容与
GND相连,对高频信号提供了一个对地通路。这样,通过O.1 μF和47μF两只电容的并联作为旁路电容可以获得更大的滤波频
段,增强稳定性,提高噪声和纹波抑制。同样,在输出和GND之间也要增加同样的并联电容,使输出更稳定,并且可以获得
稳定纯净的电压输出。由于稳压器的内部参考电压的噪声是稳压器本身噪声的主要来源。TPS79 533的PASS引脚通过一个
250 kΩ电阻连接到参考电压上。这样内部250 kΩ的电阻连同外部连接的O.01 μF的电容构成一个低通滤波器来减少参考电压的
噪声和输出噪声。
2.3 数据采集模块
数据采集,又称数据获取,是利用一种装置,从系统外部采集数据并输入到系统内部的一个接口。数据采集技术广泛引用在各
个领域。比如摄像头,麦克风,都是数据采集工具。被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量,如温度、水位、风速、压
力等,可以是模拟量,也可以是数字量。采集一般是采样方式,即隔一定时间(称采样周期)对同一点数据重复采集。采集的
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