烟感系统.docx

1、烟感系统7.6 无线烟感 实物图片2实物图片17.6.1 技术背景随着工业测控系统规模的不断扩大，降低投资和使用成本成为工业通信技术发展的迫切要求， 有线网络由于安装和使用成本高昂，现已成为阻碍工业通信技术发展的主要难题，另外有线网络在组网是需要做旋转、移动或工作于强腐蚀性环境，布线将更为困难。无线网络技术具有组网自由、低功耗、高传输速率、抗干扰强等特点，完全符合无线网络通信的要求。其中，新型的无线传感器网络利用传感器节点可以随机分布于被监测区域，并以自组织方式构成无线网络系统，不会出现传统方法中布线带来的不便，可实现对监测区域的多点连续测量，数据的可靠性高的特点被日益受到重视。考虑到监测过程

2、需要较长的电池寿命和低数据率的联网功能，可使用基于ZigBee技术，通过传输监测数据的无线连接方案解决。在现代城市家庭里，许多人因不懂家庭安全常识引起火灾事故，使好端端的幸福家庭眼间毁于一旦，有的导致家破人亡，而且一旦发生居民家庭火灾，处置不当、报警迟缓，是造成人员伤亡的重要因素。所以说，人们应该积极了解家庭火灾的主要起因，还有预防火灾的发生。这就是我们研究声光报警器的目的。意义：在我国的一些大中城市，几乎每天都发生家庭火灾，所以防火是每个家庭必须时刻注意的问题。假如能根据您家的实际情况预先采取简单的防火措施，一些悲剧是完全可以避免的。声光报警器对防家庭火灾，减少火灾损失具有现实意义。一系列火

3、灾造成的惨痛损失也使全国各界意识到了声光报警器的必要性。据调查，在最近发生火灾的大多数房屋都没有安装报警器。所以，声光报警器在预防火灾发生上有着非常重大的意义。76.2 功能实现自检：按下检测按钮，探测器LED常亮，同时发出报警音响（注：自检仅对于探测器本身内部功能进行检测，自检时无继电器信号输出）。 工作：正常情况下，探测器大约每隔6秒指示灯会闪亮一下。探测器自动检测周围环境中的烟雾浓度，并根据使用环境状况进行灵敏度自动补偿。当烟雾浓度接近报警值，探测器加快对烟雾浓度趋势进行智能运算，同时报警指示灯开始闪亮。若运算结果达到或超过报警值，探测器开始声光报警，并启动继电器输出。当周围环境的烟雾浓

4、度降低到报警值以下时，探测器自动恢复正常工作状态。 输出：无源触点输出；触点容量24v/2a，可通过探测器内部的跳线，设置为常开或常闭触点输出。出厂时跳线默设置触点为常闭。7.6.3 Zigbee介绍ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，是一组基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术。1 、ZigBee无线数据传输网络描述简单的说，ZigBee是一种高可靠的无线数传网络，类似于CDMA和GSM网络。ZigBee数传模块类似于移动网络基站。通讯距离从标准的75m到几百米、几公里，并且支持无限扩展。Zig

5、Bee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。每个ZigBee网络节点不仅本身可以作为监控对象，例如其所连接的传感器直接进行数据采集和监控，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资

6、料。除此之外，每一个Zigbee网络节点(FFD)还可在自己信号覆盖的范围内，和多个不承担网络信息中转任务的孤立的子节点(RFD)无线连接。2、 ZigBee的优势 低功耗。在低耗电待机模式下，2 节5 号干电池可支持1个节点工作624个月，甚至更长。 低成本。通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10) ，降低了对通信控制器的要求，按预测分析，以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码，子功能节点少至4KB代码，而且ZigBee免协议专利费。每块芯片的价格大约为2 美元。 低速率。ZigBee工作在20250 kbps的较低速率，分别提供250 kbps(2.4GHz)、40kb

7、ps (915 MHz)和20kbps(868 MHz) 的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。 近距离。传输范围一般介于10100 m 之间，在增加RF 发射功率后，亦可增加到13 km。这指的是相邻节点间的距离，如果通过路由和节点间通信的接力，传输距离将可以更远。短时延。ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15 ms ，节点连接进入网络只需30 ms ，进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要310 s、WiFi 需要3 s。 高容量。ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254 个子节点，同时主节点还可由上一层网

8、络节点管理，最多可组成65000 个节点的大网。 高安全。ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL) 防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES 128) 的对称密码，以灵活确定其安全属性。 免执照频段。采用直接序列扩频在工业科学医疗( ISM) 频段，2. 4 GHz (全球) 、915 MHz(美国) 和868 MHz(欧洲) 。（二）Zigbee通信协议由英国 Invensy 公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦等公司在 2002年共同宣布组成ZigBee 技术联盟；共同研究开发ZigBee 技术。在2003 年11月，IEEE 正式发

9、布了该项技术物理层和 MAC 层所采用的标准协议，即 IEEE 802.15.4标准，作为 ZigBee 技术的物理层和媒体层的标准协议；2004 年 12 月，ZigBee 联盟正式发布了该项技术标准。标准的正式发布，加速 ZigBee 技术的研发工作，许多公司和生产商已经陆续地推出了自己的产品和开发系统，如飞思卡尔的MC13192，Chipcon 公司的CC2420、CC2430，Atmel 公司的AT86RF210等。ZigBee 技术是一种具有统一技术标准的短距离无线通信技术，其 PHY 层和 MAC 层协议为 IEEE 802.15.4 标准协议，网络层由 ZigBee 技术联盟制定

10、，应用层的开发应用根据用户自己的应用需要，对其进行开发利用，因此该技术能够为用户提供机动、灵活的组网方式。（三）ZigBee 技术的网络拓扑结构本设计基本原理如下：PC机具有接受协调器数据和发送指令的功能。而协调器是整个网络的核心，用来启动网络，当整个网络被启动后，退化为普通路由器。终端节点（即传感器）检测到各个位置的温度，应用路由器的接力作用，将数据发送给计算机，PC机实现可视化、形象化人机界面，方便了用户的操作和观察。分布式体温监测系统总体结构如图2-1所示。图2-1分布式监测系统总体结构图在ZigBee网络中，根据设备所具有的通信能力可以分为全功能设备(FFD)和精简功能设备(RFD)。

11、FFD设备之间以及FFD设备与RFD设备之间可以直接通信，RFD之间不能直接通信。ZigBee网络由三部分组成：网络协调器(Coordinator)为FFD设备，是传感器网络中的主控制器，路由器(Router)也为FFD设备，其功能是接收/发送数据；在网络中需要路由的时候完成路由。终端设备(End Device)为RFD设备。 ZigBee的网络拓扑结构有3种:星形网络、树形网络、混合网络，如图2-2所示。A） 星形网络是一个辐射状系统， 网络拓扑结构如图2-2中a)图示。数据和网络命令都通过中心节点传输。如果用通信模块构造星形网络，只需要一个模块被配置成中心节点，其他模块可以配置成终端节点。

12、a. 星型结构 b. 树型结构 c.网状结构 协调器 ROU RFD图2-2 ZigBee网络拓扑结构图B）树形网络拓扑结构如图2-2中b)图所示。树型拓扑最值得注意的地方就是它保持了星型拓扑的简单性：较少的上层路由信息、较低的存储器需求，这样成本必然也较低。然而，树型结构也不能很好的适应外部的动态环境。从图中可以看出，在信息源与目的之间，有且仅有一条传输路径，任何一个节点的中断或故障将会使部分节点脱离网络。C）混合网络拓扑结构如图2-2中c)图示。网络中的每个节点都是一个小的路由器，都具有重新路由选择的能力，以确保网络最大限度的可靠性，可以看出网络中任意两个节点的通讯路径不是唯一的，其路由拓

13、扑是动态的，不存在一个固定可知的路由模式。网型网络结构还具有以下特征：自我形成，即当节点打开电源时，可以自动加入网络；自愈功能，当节点离开网络时，其余节点可以自动重新路由它们的消息或信号到网络外部的节点，以确保存在一条更可靠的通信路径。7.6.4系统方案介绍 硬件部分简介 （一）火灾报警器设计框图CC2530是TI公司开发的符合ZigBee标准的2.4 GHz射频芯片，集成了所有ZigBee技术的优点，可快速应用到ZigBee产品。CC2530内部集成了33个16bit配置寄存器，15个命令选通寄存器，128字节的发送和接收缓冲区，以及速度高达10Mbits/s的SPI接口等。它是专门针对无线

14、传感器网络设计的射频通信芯片，能够很好的满足无线传感器网络的需求。CC2530采用小型48脚QLP封装，有很多引脚是为了便于与后续产品兼容而设计的。探测器 框图如图3-1所示图3-1 探测器 部分框图该系统通过按键设置工作地点的报警阀值范围，利用ZigBee短距离无线通信技术引入到单片机系统中，采用信息传输的方案进行了数据传输送入单片机进行存储和处理。分析后，将值送到显示电路进行显示。（二） CC2530核心电路如图图 3-2 CC2530应用电路 ，CC2530只需要很少的外部元器件，CC2530内部使用1.8V工作电压，因而功耗很低，适合于电池供电的设备；外部数字I/O接口使用3.3V电压

15、，这样可以保持和3.3V逻辑期间的兼容性。图 3-2 CC2530应用电路图Zigbee与单片机之间采用I2C总线进行数据传送，传送时时钟信号为高电平期间，数据线上的数据必须保持稳定，只有在时钟线上的信号为低电平期间，数据线上的高电平或低电平状态才允许变化，如图3-3所示 图3-3 I2C总线 起始和终止信号 ：SCL线为高电平期间，SDA线由高电平向低电平的变化表示起始信号；SCL线为高电平期间，SDA线由低电平向高电平的变化表示终止信号。数据传送格式（1）字节传送与应答，如图3-4所示每一个字节必须保证是8位长度。数据传送时，先传送最高位（MSB），每一个被传送的字节后面都必须跟随一位应答

16、位（即一帧共有9位）。如果一段时间内没有收到从机的应答信号，则自动认为从机已正确接收到数据。 3-4 传送与应答（三）报警部分电路报警部分由陶瓷压电发声装置及外围电路组成，加电后不发声，当有键按下时，“叮”声，每按一下，发声一次，密码正确时，不发声直接开锁，当密码输入错误时，单片机的P2.1引脚为低电平，三极管T3导通轰鸣器发出噪鸣声报警。如图3-8所示：图3-5 报警电路原理图火灾报警系统软件设计（一） ZIGBEE操作过程用户MCU发送一次开始信号后，DHT11从低功耗模式转换到高速模式，等待主机开始信号结束后，DHT11发送响应信号，送出40bit的数据，并触发一次信号采集，用户可选择读

17、取部分数据.从模式下，DHT11接收到开始信号触发一次温湿度采集，如果没有接收到主机发送开始信号，DHT11不会主动进行温湿度采集.采集数据后转换到低速模式。1.通讯过程如图4-1所示图4-1 ZIGBEE通讯过程图总线空闲状态为高电平，主机把总线拉低等待DHT11响应，主机把总线拉低必须大于18毫秒，保证DHT11能检测到起始信号。DHT11接收到主机的开始信号后，等待主机开始信号结束，然后发送80us低电平响应信号.主机发送开始信号结束后，延时等待20-40us后， 读取DHT11的响应信号，主机发送开始信号后，可以切换到输入模式，或者输出高电平均可， 总线由上拉电阻拉高，如图4-2 图4-2 ZIGBEE通讯过程图总线为低电平，说明DHT11发送响应信号，DHT11发送响应信号后，再把总线拉高80us，准备发送数据，每一bit数据都以50us低电平时隙开始，高电平的长短定了数据位是0还是1.格式见下面图示.如果读取响应信号为高电平，则DHT11没有响应，请检查线路是否连接正常.当最后一bit数据传送完毕后，DHT11拉低总线50us，随后总线由上拉电阻拉高进入空闲状态。