基于zigbee技术的无线智能家用燃气报警系统

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1、基于ZigBee技术的无线智能家用燃气报警系统杨晓明施云波修德斌赵文杰米继耀刘丛宁时间:2011年02月23日字体:大中小关键词:协调器语音模块串口协议栈报警系统可燃性安全防范的报警系统是确保住宅、住户安全的极为重要的途径之一，同时也是数字化家庭的重要组成部分。   遇到煤气泄漏等紧急情况时，及时对外报警求助就显得十分必要，成为人们生活中必不可少的部分。   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

2、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

3、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

4、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技术是一种应用于短距离、低速率下的网络拓扑技术，是基于IEEE802．15.4无线标准研制开发的。在PHY层，其频段是免费开放的，国内主要应用于2．4GHz频段，传输距离大约100m，传输速率大约是250Kb／s，各个频段均采用直接序列扩频技术。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

5、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

6、模块   电源模块主要是由TPS79533低压稳压器输出3．3V电压，其输入电压范围是2．7～5．5V，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5V直流电源直接供电，通过稳压器稳压到3．3V，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

7、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.1μF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。TPS79533的PASS引脚通过一个250kΩ电阻连接到参考电压上。这样内部250k

8、Ω的电阻连同外部连接的O．01μF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   采用催化燃烧式气体传感器TGS6812，TGS6812适用于检测氢气、甲烷和液化石油气等可燃性气体，传感器精度高、持久耐