【正文】 結(jié)果是有事件發(fā)生，系統(tǒng)將再次判斷發(fā)生的事件是否有優(yōu)先級別，若有優(yōu)先級別，系統(tǒng)將調(diào)用事件處理程序，調(diào)用處理之后，最后判斷是否完成，如果完成，本次工作將完成，系統(tǒng)自動終止任務(wù)，若未完成，系統(tǒng)將自動返回，再進(jìn)行判斷是否有事件發(fā)生。 終端測量節(jié)點(diǎn)加入無線網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備上電工作前，首先要經(jīng)過節(jié)點(diǎn)初始化[20]，需要調(diào)用ZDO層的初始化函數(shù)，然后設(shè)置初始化事件，設(shè)備對象的任務(wù)事件負(fù)責(zé)處理初始化函數(shù)，對網(wǎng)絡(luò)初始化這一事件進(jìn)行相應(yīng)的處理，并根據(jù)事件情況，調(diào)用網(wǎng)絡(luò)層發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)請求函數(shù)，執(zhí)行相關(guān)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)動作后，NWK層將發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的消息傳送至ZDO層，ZDO接收到消息后，自動修改設(shè)備狀態(tài)，將執(zhí)行請求加入網(wǎng)絡(luò)事件，隨后NWK層將接收到請求加入網(wǎng)絡(luò)反饋，將加入網(wǎng)絡(luò)指示消息再次傳送給ZDO層，ZDO層接收到消息后，自動修改設(shè)備狀態(tài)，任務(wù)事件處理函數(shù)執(zhí)行ZDO的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)事件，啟動搜索功能，尋找在應(yīng)用層注冊的端點(diǎn)號，即終端設(shè)備組網(wǎng)過程結(jié)束[21]。 發(fā)射信號的過程 接收信號的過程 串口電路設(shè)計(jì)CC2430的USART是串行通信接口[18][19]，可以運(yùn)行異步UART模式也可以運(yùn)行同步SPI模式。本設(shè)計(jì)中選擇使用并口通訊模式?，F(xiàn)在市場上銷售的封裝好的MQ2傳感器僅有6只針狀管腳，其中4管腳接+5V的電壓，6腳直接接地。 溫度采集電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)的終端傳感器為多點(diǎn)溫度測試，溫度傳感器DS18B20的供電設(shè)備即可以采取寄生供電，也可以使用外部電源供電[17]。本系統(tǒng)設(shè)置的CC2430的工作頻率為32GHz，ADC的轉(zhuǎn)換時間取決于選擇的抽取率，轉(zhuǎn)換時間公式為： （），當(dāng)抽取率為128時，抽取濾波器的時鐘周期便為128個4MHz，此時的ADC轉(zhuǎn)換時間為36。但是由芯片內(nèi)部電路提供時，需要另外焊接兩個負(fù)載電容和晶體振蕩器，這兩個負(fù)載電容的值取決于輸入的容抗和晶體的頻率等參數(shù)。 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)本設(shè)計(jì)中，在建筑物內(nèi)相對較高的位置，放置無線射頻模塊CC2430，這樣做法可以盡量避免障礙物的遮擋，使天線信號更好，CC2430既可以作為發(fā)送模塊也可以作為接收模塊。DS18B20溫度傳感器的測溫范圍較廣，可測溫度為550C ~ +1250C，適合本設(shè)計(jì)中溫度的測量范圍。與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的MCS51系列芯片指令集相兼容，現(xiàn)已為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性較高且價(jià)格低廉的設(shè)計(jì)方案。 ZigBee產(chǎn)品，具有DSSS(直接序列擴(kuò)頻)功能，與上位機(jī)之間連接有標(biāo)準(zhǔn)的串口接口，具有五種操作模式，即接收、發(fā)送、睡眠、命令和空模式。在15ms或者更短的時間內(nèi)，ZigBee節(jié)點(diǎn)可以由睡眠模式進(jìn)入活動模式，因此睡眠模式下的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)也可以獲得適合的低時延。一個Zigbee的星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)最多可以容納254 個從設(shè)備和一個主設(shè)備，而且一個區(qū)域內(nèi)可以同時存在多達(dá)100個ZigBee 網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)之間組成較靈活?；馂?zāi)報(bào)警的節(jié)點(diǎn)穿墻安裝方便，無線布線，大大降低了施工成本，特別是適用于古建筑、舊樓宇加裝智能消防系統(tǒng)，為火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的推廣和普及提供了極大的市場前景[8]。ZigBee技術(shù)是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要適合于自動控制和遠(yuǎn)程控制領(lǐng)域，可以嵌入到各種設(shè)備中，同時支持地理定位功能。為保障公眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，相關(guān)當(dāng)局除了要加強(qiáng)宣傳消防教育，提高公眾消防意識，加強(qiáng)公共消防設(shè)施建設(shè)，建立消防安全長效管理機(jī)制以外，還需要從科學(xué)技術(shù)上強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新，消防設(shè)施注重更新?lián)Q代，從而形成一個有效的消防監(jiān)控系統(tǒng)，便于時刻監(jiān)控建筑物內(nèi)的情況，達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的作用。本文根據(jù)課題設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，完成了煙霧傳感器、溫度傳感器、液晶顯示、射頻收發(fā)模塊的選型，設(shè)計(jì)了由電源模塊、傳感器模塊、數(shù)據(jù)無線傳輸模塊、串口模塊等構(gòu)成系統(tǒng)的相關(guān)電路，制定了數(shù)據(jù)無線傳輸通訊協(xié)議，編制了相關(guān)程序，并進(jìn)行了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)調(diào)試。此無線傳感系統(tǒng)性價(jià)比較高，適應(yīng)能力強(qiáng)，復(fù)雜度低，極大的提高系統(tǒng)可靠性、靈活性和檢測范圍，降低系統(tǒng)的成本，具有較好的應(yīng)用前景。當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測到異常情況時，系統(tǒng)會自動發(fā)出報(bào)警信號,便于工作人員及時采取應(yīng)對措施，最大程度的減少災(zāi)難帶來的損失[1]。隨著技術(shù)的發(fā)展，可將多種探測技術(shù)進(jìn)行綜合，將現(xiàn)有分布智能式有線報(bào)警系統(tǒng)與ZigBee無線技術(shù)相結(jié)合，建設(shè)新型分布智能型復(fù)合探測無線消防報(bào)警系統(tǒng)。近年來基于ZigBee技術(shù)的煙霧溫度傳感系統(tǒng)應(yīng)用場合越來越廣，可以實(shí)時監(jiān)測現(xiàn)場信息，以便用來做好對意外情況的預(yù)防并制定及時的解決方案，是一種功能完善，適應(yīng)能力強(qiáng)，應(yīng)用廣的監(jiān)測裝置。樹狀網(wǎng)絡(luò)可以定期發(fā)送信標(biāo)，使拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)內(nèi)部節(jié)點(diǎn)能夠做到很好的同步，便于節(jié)點(diǎn)定期進(jìn)入休眠狀態(tài)，從而降低系統(tǒng)功耗，延長拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)壽命。 星型結(jié)構(gòu) 樹狀結(jié)構(gòu) 網(wǎng)狀結(jié)構(gòu) ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 方案選擇目前市場上具有ZigBee協(xié)議功能的芯片有很多種，運(yùn)用ZigBee技術(shù)的無線傳感系統(tǒng)的方案[13]主要有以下三種：（1）ZigBee RF+MCU：如TI公司的CC2420+單片機(jī)MSP4Freescale 公司的MC13XX和GT60、Microchip公司的MJ2440和單片機(jī)PIC MCU等下位機(jī)控制模塊；（2）單芯片集成SoC：如TI公司新推出的CC2430/CC2431(8051 內(nèi)核)模塊、Freescale公司生產(chǎn)的MC1321X 、EM250等；（3）內(nèi)置ZigBee 協(xié)議棧的單芯片再外掛其他功能芯片，如Jennic公司的SoC+EEPROM、Ember公司的260和MCU的組合等。同時該模塊具有體積小、功耗低、接口簡單、易于組網(wǎng)以及升級方便等優(yōu)點(diǎn)，適用于較低數(shù)據(jù)速率的短距離通信應(yīng)用，尤其是在智能無線傳感系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有著廣闊的應(yīng)用前景。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，因此CC2430芯片內(nèi)部集成的8051內(nèi)核是一種高效微控制器。 氣敏傳感器MQ2MQ2煙霧傳感器的氣敏材料是二氧化錫(SnO2)，這種材料在清潔的空氣中的電導(dǎo)率較低。一般情況下，建筑物內(nèi)區(qū)域較寬廣，需要測量多個地方的煙霧和溫度，一個空間內(nèi)需放置多個傳感器來檢測，將這些傳感器與下位機(jī)的無線傳輸模塊連接起來，利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使一定空間內(nèi)的多個測量點(diǎn)組成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。本設(shè)計(jì)將使CC2430的無線射頻模塊只能工作在32MHz的晶振頻率下，將使用內(nèi)部晶體振蕩器，另外采用關(guān)閉RC振蕩器的工作方式，目的也是為了達(dá)到整個系統(tǒng)的節(jié)能，其中這兩個負(fù)載電容C8和C9的值均為27PF。 CC2430接收模塊由于傳感器模塊的供電電壓是5V，所以若要這兩個模塊之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能[17]，必須設(shè)計(jì)電源電路。為了盡可能的減少使用CC2430的I/O口，本次設(shè)計(jì)所有各硬件部分電路均采用外部電源供電方式，這樣做有兩方面的優(yōu)勢。MQ2采集到的煙霧信號通過1K歐姆電阻后輸出的是0~5V的電壓信號，所以煙霧傳感器輸出的模擬信號在進(jìn)入CC2430內(nèi)置ADC的模擬輸入端之前，必須先經(jīng)過電壓轉(zhuǎn)換。 液晶顯示電路 ，3號管腳和2號管腳之間的電位器R8的阻值為10K，其作用是對比度調(diào)整。要實(shí)現(xiàn)CC2430的輸出信號能與上位機(jī)進(jìn)行通訊，利用上位機(jī)配置的異步通訊適配器，可以很方便的實(shí)現(xiàn)二者之間的數(shù)據(jù)通信。 終端設(shè)備組網(wǎng)流程圖 終端節(jié)點(diǎn)信號采集本設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)采集主要是對溫度傳感器和煙霧傳感器的信號數(shù)據(jù)采集[22]。由于本設(shè)計(jì)程序較長，調(diào)試過程中做了詳盡的注釋，詳細(xì)的程序見附錄B。本系統(tǒng)設(shè)置的報(bào)警溫度為350C，若現(xiàn)場溫度超過設(shè)定的閾值后，組態(tài)王軟件內(nèi)有COM包，可以實(shí)現(xiàn)短信報(bào)警功能，可以設(shè)置和修改報(bào)警電話號碼。終端傳感器為溫度傳感器DS18B20及煙霧傳感器MQ2等，該網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)可以將終端傳感器采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時發(fā)送到控制臺系統(tǒng)。該設(shè)計(jì)整體使我對無線傳感技術(shù)有了進(jìn)一步的認(rèn)識，更增強(qiáng)了我接收新知識挑戰(zhàn)新事物的能力，培養(yǎng)了我分析問題解決問題的能力，提升了我的整體創(chuàng)新意識。 //系統(tǒng)時鐘32MHz halMcuWaitMs(200)。 // U0GCR |= 0x08。 //串口發(fā)送溫度和煙霧濃度MCU_BEEP_LIGHT(HAL_BOARD_WENDU, HAL_BOARD_YANGAN)。 //煙感IO口方向設(shè)置為輸入HAL_YANGAN_CLR()。 TL0=0x00。 //irtimer*=計(jì)時時間}void exter() interrupt 0{ if(start_flag) { if(irtime_count53) //檢測是否收到引導(dǎo)碼 9ms+ bitnum=0。 irtime_count=0。j++) { value=value1。 //本地地址 remoteAddr = SPC_RECEIVER。 //本地地址 remoteAddr = MAIN_CONTROL。 //存放33位數(shù)據(jù)uchar receive_ok。void display(uchar du,uchar we)。 //遠(yuǎn)程地址uint8 j = 0,a。 //數(shù)據(jù)包uint8 counter=0。 //接收模式void main_contionuousMode(void)。 //處理完存取數(shù)組的irtime標(biāo)志uchar ircode[4]。 //初始化RF main_receiveMode()。 //初始化RF main_contionuousMode()。 k++。 uchar value。 //將各個irtime存入數(shù)組 irtime_count=0。 //定時器0中斷允許 EA=1。//溫度傳感器IO口方向設(shè)置為輸入HAL_WD_CLR()。 //煙感IO口方向設(shè)置為輸入HAL_YANGAN_CLR()。 //與上一句共同設(shè)定波特率為9600 UTX0IF = 1。 //確定系統(tǒng)時鐘是32MHz SLEEPCMD |= 0x04。其次我要感謝同學(xué)的幫助和指導(dǎo)，無論是在硬件的選型和實(shí)物的制作過程中，許海鵬同學(xué)、姜猛同學(xué)和段效強(qiáng)同學(xué)等都給予了很大的幫助。當(dāng)某一信息超過設(shè)定的閾值時，CC2430接收模塊可以驅(qū)動報(bào)警電路，實(shí)現(xiàn)終端下位機(jī)的聲光報(bào)警。可以通過上位機(jī)鍵盤輸入，修改設(shè)定的報(bào)警閾值。但在做實(shí)物實(shí)驗(yàn)板時，為了節(jié)省成本，終端只掛接了一個相應(yīng)的傳感器，進(jìn)行本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的可行性測試。：傳感器組上電后，要初始化設(shè)備，接下來選擇通訊通道，CC2430無線傳輸模塊準(zhǔn)備接收信號，調(diào)用ZigBee協(xié)議應(yīng)用層函數(shù)[23]，自動判斷是否接收請求，如果系統(tǒng)不接收請求，將返回上層，繼續(xù)準(zhǔn)備接收信號；如果接收請求，系統(tǒng)再次判斷本次請求是否合法，若系統(tǒng)判斷本次請求不合法，也將繼續(xù)返回準(zhǔn)備接收信號階段；若請求合法，將驅(qū)動無線終端設(shè)備，傳感器組開始采集信號，發(fā)送采集的現(xiàn)場環(huán)境。UART模式可以進(jìn)行全雙工異步傳送數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)時不影響發(fā)送功能。在使用過程中需要注意的是，該模塊在接收微處理器的指令前，芯片內(nèi)部的BF=“0”狀態(tài)，即表示可以隨時接收外部傳送的。 MQ2煙霧傳感器 CC2430的接收模塊控制聲光報(bào)警電路。另一方面當(dāng)環(huán)境溫度高于1000C時，若使用寄生電源，DS18B20溫度傳感器的漏電流較大，影響通訊。其中USART串口可以通過RS232與上位機(jī)相連，從而實(shí)現(xiàn)下位機(jī)的實(shí)時監(jiān)控，上位機(jī)的人機(jī)界面顯示終端的現(xiàn)場狀況。CC2430的Flash存儲器專門用來存儲程序代碼，通過使用編程命令，啟動Flash存儲器實(shí)現(xiàn)寫數(shù)據(jù)功能，寫操作可以編程存儲器里的任意的字。 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖3無線傳感系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 本課題研究設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容包括： （1）IEEE 無線網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，以及ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其節(jié)點(diǎn)類型包括終端型和路由型； （2）設(shè)計(jì)各硬件部分電路，給出系統(tǒng)總體電路圖； （3）數(shù)據(jù)采集接口設(shè)計(jì)包括煙霧、溫度采集系統(tǒng)