基于zigbee 技术的室内可燃气体监测系统

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1、基于ZigBee技术的室内可燃气体监测系统　　摘要：由于可燃气体具有易燃易爆的特点，一旦发生泄漏往往会酿成严重的事故。为了对室内可燃气体浓度进行实时监测，本文设计实现了一种室内可燃气体监测系统。该系统采用MQ系列传感器和cc2530芯片来构建传感结点和协调器结点，通过ZigBee协议组建数据采集网络，而后使用上位机对数据进行处理，并在室内可燃气体浓度超过阈值时对用户进行警告。　　关键词：ZigBee；可燃气体；cc2530　　中图法分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044（2015）27-02

2、04-02　　随着我国能源结构的不断完善，越来越多的可燃性气体成为了人们日常生活中不可或缺的重要能源。但可燃性气体具有易燃易爆特性，如果在使用中操作不当或设备密封不好，都可能发生可燃气体泄漏现象，进而酿成火灾或爆炸事故，给国家和人民的生命财产造成损失。为了有效预防可燃气体泄漏事故，本文提出一种基于ZigBee技术的室内可燃气体监测系统，以MQ系列传感器和cc2530芯片组成传感结点和协调器结点，构成无线数据采集网络，实现对室内可燃气体的检测和预警。该系统具有功耗低、稳定可靠、易于维护等特点。　　1系统总体方案设计

3、　　本系统由信息收集处理结点和传感器结点组成，系统结构如图1所示：5　　从图1中可以看出，系统由协调器结点、传感结点、上位机和WEB服务器组成。传感结点负责采集室内可燃气体的浓度，然后将浓度值转换成相应的电压信号，再通过处理电路对信号进行比较、放大、滤波，最后将信号通过ZigBee协议发送给协调器结点。协调器结点通过ZigBee协议，建立一个以自己为中心的星型网络，等待传感结点加入网络并接收传感结点发来的可燃气体浓度信息。上位机通过串口与协调器结点相连，对协调器结点发来的数据进行处理。上位机一方面通过网络将数据发

4、送到WEB服务器，以便用户通过访问WEB服务器进行实时查看，另一方面在室内可燃气体的浓度超过阈值时，使用内置的移动通信模块（如GSM模块）直接向用户的手机发送警报信息。　　2协调器结点　　协调器结点是整个系统的核心部件，它不仅要负责建立ZigBee网络，而且要负责将传感结点发来的信息转发给上位机进行处理。为了快捷可靠地实现ZigBee网络，本系统选择TI公司的cc2530芯片来实现协调器结点。cc2530是一款支持ZigBee协议的低功耗、低成本的SOC解决方案，具有丰富的外设控制功能，已经在汽车电子、工业控制和

5、无线传感领域得到了广泛的应用[1，2]。协调器结点的工作流程如图2所示：5　　从图2中可以看出，协调器结点首先初始化硬件，配置相应的寄存器，而后在整个可用频段内依次搜索可用的信道。如果当前信道被占用，协调器结点将检查下一个信道。如果当前信道没有被占用，协调器结点选择当前信道作为本系统的工作信道，而且配置相应的参数（如个域网标识PANID），建立以自己为中心的星型网络，等待传感结点的加入。如果收到一个传感结点发送的入网请求，协调器结点将向该传感结点发送回应信息，同意其加入网络。同时，协调器结点给该传感结点分配16位

6、短地址，并且将需要配置的其它网络信息传递给传感结点。　　在传感结点加入网络后，围绕协调器结点组建的星型数据采集网络就可以基本形成。由于本系统的数据是通过上位机进行处理，因此协调器结点还需要把采集到的数据通过串口发送给上位机。ZigBee网络在收发数据时采用的是数据帧形式，而上位机与协调器结点通信采用的是数据流形式，因此协调器结点在收到传感结点发送的数据帧后，需要对该数据帧进行拆分，从中取出可燃气体浓度数据，然后按照预设的串口协议格式，将数据组成串口数据流发送给上位机。　　3传感结点设计　　由于准确采集可燃气体浓度

7、是整个系统正常工作的基础，因此本系统采用灵敏度较高的MQ系列传感器（如MQ5，MQ7等）来构建传感结点。　　MQ系统传感器使用在清洁空气中电导率较低的SnO2作为气敏材料，当传感器所处环境中存在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大，使用简单的电路即可将电导率的变化转换为与该气体浓度相对应的输出，因此MQ系统传感器具有响应恢复特性快、使用寿命长、稳定性可靠、抗烟雾、抗干扰的特点。对于传感结点的主控芯片，本系统同样采用cc2530，由该芯片对MQ传感器进行控制。传感结点的结构如图3所示：5　　从

8、图3中可以看出，MQ传感器对室内可燃气体浓度进行采集、放大和降噪滤波之后，将其转化为模拟信号并对该信号进行输出。由于MQ传感器的模拟输出端连接到cc2530的模拟输入端，因此cc2530可以通过内置的12位的ADC（模数转换器）对输入的模拟信号进行转换。传感结点在完成AD转换（模数转换）之后，将气体浓度数据组成ZigBee网络中使用的数据帧，然后将该数据帧发送给协调器结点