【導(dǎo)讀】森林對于人類來說至關(guān)重要，它是生態(tài)平衡的保護著。但是近年來，隨著氣候變化，人為活動。等因素，森林安全受到了巨大的威脅。這其中，森林火災(zāi)是威脅森林的最大原因之一，它不僅會造。成很大的人力物力的流失，關(guān)鍵的是，我們會更多的失去原本就在減少的森林資源。災(zāi)的實時監(jiān)測與防治迫在眉睫。本課題構(gòu)建了基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的森林火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)，具。，完成一定范圍內(nèi)的監(jiān)測報警；火災(zāi)發(fā)生的數(shù)量及其造成的巨大損失都呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。而傳統(tǒng)的報警系統(tǒng)采用了有線連接，線路容易磨損或。塊和從模塊構(gòu)成。送模塊主要包括單片機最小系統(tǒng)、煙霧檢測模塊、溫度檢測模塊、報警模塊和Zigbee模塊，完成系統(tǒng)的檢測與報警

　　

【正文】 2 與單片機 STC89C52 的接口由一組 8 位數(shù)據(jù)傳輸線和 3 根控制線完成。LCD1602 的 RS、 RW、 E分別由單片機的 、 、 ，數(shù)據(jù)輸入口 DB0~DB7 由 ~傳輸數(shù)據(jù)，因為是接在 P0 口 ,所以要接上拉電阻。 LCD1602 與單片機的接口電路如圖 所示： 圖 LCD1602 與單片機的接口電路 D7D6D5D4D3D2D1D0ERWRSVEEVDDVSSL C D 1 6 0 2X T A L 1X T A L 2R S TP S E NA L EE AP 1 . 0P 1 . 1P 1 . 2P 1 . 3P 1 . 4P 1 . 5P 1 . 6P 1 . 7P 0 . 0 / A D 0P 0 . 1 / A D 1P 0 . 2 / A D 2P 0 . 3 / A D 3P 0 . 4 / A D 4P 0 . 5 / A D 5P 0 . 6 / A D 6P 0 . 7 / A D 7P 2 . 0 / A 8P 2 . 1 / A 9P 2 . 2 / A 1 0P 2 . 3 / A 1 1P 2 . 4 / A 1 2P 2 . 5 / A 1 3P 2 . 6 / A 1 4P 2 . 7 / A 1 5P 3 . 0 / R X DP 3 . 1 / T X DP 3 . 2 / I N T 0P 3 . 3 / I N T 1P 3 . 4 / T 0P 3 . 5 / T 1P 3 . 6 / W RP 3 . 7 / R D 1 91 892 93 03 1123456783 93 83 73 63 53 43 33 22 22 32 42 52 62 72 82 11 11 21 31 41 51 61 71 01 0 k1 0 kSTC89C52陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁，共 55 頁 煙霧檢測電路 的設(shè)計 MQ2 氣體傳感器是 SnO2(氧化錫 )半導(dǎo)體氣敏傳感器屬于電阻型氣敏元件。它是利用氣體在半導(dǎo)體表面的氧化和還原反應(yīng)導(dǎo)致敏感元件阻值變化。若氣濃度發(fā)生變化，其阻值也將隨之變化。根據(jù)這一變化，可以從阻值的變化得出吸附氣體的種類和濃度 。 MQ2 的主要特點： (1)具有信號輸出指示。 (2)雙路信號輸出（模擬量輸出及 TTL 電平輸出） (3)TTL輸出有效信號為低電平。（當輸出為低電平時信號燈亮，可直接單片機） (4)模擬量輸出 0~5V電壓，濃度越高電壓值越高。 (5)快速的響應(yīng)恢復(fù)特性。 (6)具有長期的使用壽命和可靠的穩(wěn)定性。 (7)適宜于煙霧、液化氣、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氫氣等的探測 。 煙霧檢測電路圖如圖 所示。主要由煙霧傳感器 MQ2 和相關(guān)元器件構(gòu)成。 圖 煙霧檢測電路圖 傳感器的電導(dǎo)率是隨空氣中可燃氣體濃度的增大而 增大，再使用相應(yīng)的外圍電路就可將電導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)變成與該氣體濃度變化相對應(yīng)的電信號。一般情況下， 傳感器輸出的信號會比較弱，而且其中還包括了一些避免不了的干擾，對這種信號的放大就需要有很好的共模抑制比以及高增益、低噪聲和高輸入阻抗的放大電路。當傳感器輸出的信號經(jīng)過前置放大電路對其進行的放大、濾波、電平調(diào)整后，輸出的信號才能滿足單片機對輸入信號的要求。 煙霧傳感器是氣 電變換器，它屬于氣敏傳感器，它將空氣中煙霧或可燃性氣體的含量 (即濃度 )轉(zhuǎn)化成對應(yīng)的電壓或者電流信號，傳感器作為煙霧報警器的信號采集部分，是整個系統(tǒng)的 核心組成部分之一。一個煙霧傳感器既可以只實 現(xiàn)單個功能，也可以實現(xiàn)多種功能的。一個完整的煙霧傳感器都必須具有 ： (a)能夠檢測 到 某 一 種單一 的煙霧，且 對 于其他的共存 煙霧不響應(yīng)或低響應(yīng)； (b)對被檢測的 煙霧 應(yīng) 具有 比較精準 的靈敏度，可以 有效地 去 檢測 適用 范圍 之 內(nèi)的煙霧濃度； (c)對 被 檢測 的 信號 應(yīng) 做到 響應(yīng) 的 速度快且 重復(fù)性好； (d)其 工作 的 穩(wěn)定性 長期較 好，制造成本 比較低且 其 使用與維護 較 方便等條件。 DS18B20外圍電路的設(shè)計 溫度傳感器我們選擇 DALLAS(達拉斯 )公司生產(chǎn)的 DS18B20。主要是因為它精度高， 測量范圍廣。除此之外，它 還 具有超小的體積，超低的硬件開消，精度高， 抗干擾能力強， 附加功能強等優(yōu)勢。 它的 封裝形式 比較 多樣 化 ，如管道式，螺紋式，磁鐵吸附式，不銹鋼式，主要根據(jù)應(yīng)用場合的不同而改變其外觀。 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁，共 55 頁 DS18B20 數(shù)字溫度傳感器 提供 912 位 的 攝氏溫度測量 并 有一個報警功能 。 它 接收 或 者 發(fā)送 信息 是通過一個單線接口 ，因此在 DS18B20 和中央處理器 之間只 需一條連接線。 此 外， DS18B20 可以 直接從單線通訊線上 面攝取 能量， 所以 除去了 它 對外部電源的需求。每個 DS18B20 都有一個 比較特別 的 64位序列號，因此它 允許多只 DS18B20 同時連在一根單線總線上。這一個特殊性能 在 HVAC環(huán)境控制、探測 儀器或機器的溫度、建筑物 以及過程監(jiān)測和控制等方面 都 非常有用。 DS18B20 的另一個功能是 它能在無 外部電源供電的情況下 正常 工作。 由于 DS18B20的溫度 檢測和 數(shù)字數(shù)據(jù)輸出 在一個芯片 上 集成 ，因此抗干擾力更強。它的 一個工作周期可 以 分為 數(shù)據(jù)處理和溫度檢測 兩個部分。 DS18B20 三種形態(tài)的存儲器分別為 ： （ 1） ROM 只讀存儲器。 DS18B20 共有 64 位 ROM，它用來 存放 DS18B20 的 ID編碼， 單線系列編碼（ DS18B20的編碼是 19H） 是 它的前 8 位 ， 而 芯片 中 唯一的序列號 是后面 48位 ，以上 56位的 CRC（冗余校驗）碼 是最后 8 位 。 用戶不能更改數(shù)據(jù) 出產(chǎn)時 的 設(shè)置 ； （ 2） RAM 數(shù)據(jù)暫存器，它用于 內(nèi)部 的 數(shù)據(jù)存取和計算 ，數(shù)據(jù) 會 在斷 電后丟失 。 DS18B20 的 RAM 共有 9 個字節(jié) ，每 個 字節(jié)為 8 位。第 1 和第 2個字節(jié)為 溫度轉(zhuǎn)換 之 后的數(shù)據(jù) 信息，第 3 和第 4個字節(jié)為 用戶 EEPROM（經(jīng)常用在溫度報警值儲存）的鏡像，它的值 在上電復(fù)位的時候 會 被刷新。第 5個字節(jié)則為 用戶第 3 個 EEPROM 的鏡像。第 第 7 和第 8 個字節(jié)是 計數(shù)寄存器， 它的設(shè)計目的 是 可以 讓 用戶 獲得 更高的溫度分辨率 ， 它也是內(nèi)部溫度轉(zhuǎn)換和 計算的暫存單元。第 9 個字節(jié)是 前 8 個字節(jié)的 CRC碼；（ 3） EEPROM 非易失性記憶體。它 用來存放 一些需 要 長時間 保存的數(shù)據(jù)、 上 限或者 下限 的 溫度報警值和校驗數(shù)據(jù)， DS18B20一 共 有3 位 EEPROM，且 都 在 RAM 存在鏡像，用來 方便用戶 的 操作。 DS18B20 的主要特征 有 ： (1)全數(shù)字 的 溫度轉(zhuǎn)換 和 輸出 (2)獨特的單線接口僅需一個端口引腳進行通訊 (3)最高 可達 12 位分辨率，精度可達 177。 攝氏度 (4)當為 12 位分辨率時 ，其 最大工作周期為 750 毫秒 (5)可 以 選擇寄生 的 工作方式 (6)檢測 的 溫度范圍為 –55176。C ~+125176。C (–67176。F ~+257176。F) (7)內(nèi)置 EEPROM，限溫報警功能 (8)64 位光刻 ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號，方便多機掛接 (9)多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng) 溫度檢測電路圖如圖 所示。 D S 1 8 B 2 0V C C V C C4 . 7 KI O B 7V C C D QG N D 圖 溫度傳感器電路圖 報警電路的設(shè)計 設(shè)計的報警電路如 圖 所示。當單片機 STC89C52的 1時，三極管 Q1導(dǎo)通， 則蜂鳴器報警。此 報警器采用 了 單片機 的 ，若 煙霧 的 濃度達到報警 上 限， 則 單片機 會 控制 (PWM)陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁，共 55 頁 口輸出占空比一定的脈沖，報警 的 時 候 蜂鳴器會發(fā)報警的聲音。當煙霧濃度超過報警限，報警器發(fā)出鳴叫，用戶到達現(xiàn)場，可調(diào)節(jié)煙霧傳感器上面的電位器提高煙霧上限停止報警器鳴叫。若過一點時間濃度仍超出報警限，報警器會再次鳴叫提醒用戶。 圖 報警電路 圖 無線模塊電路的設(shè)計 Zigbee模塊簡介 Zigbee 模塊是一種物聯(lián)網(wǎng)無線數(shù)據(jù)終端，利用 Zigbee 網(wǎng)絡(luò)為用戶提供無線數(shù)據(jù)傳輸功能。 Zigbee模塊已 經(jīng) 廣泛 的應(yīng)用在 物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈中的 M2M 行業(yè)，如智能家居、 智能電網(wǎng)、智能交通、智能建筑、 移動 POS終端、供應(yīng)鏈自動化、消防、環(huán)境保護、 公共安全、數(shù)字化醫(yī)療、 氣象、遙感勘測、水務(wù)、林業(yè)、農(nóng) 業(yè)、煤礦、石化等領(lǐng)域。采用高性能的工業(yè)級 Zigbee 方案，提供 SMT 與 Zigbee 模塊 DIP 接口，可直接連接 TTL接口設(shè)備，實現(xiàn)數(shù)據(jù)透明傳輸功能；低功耗設(shè)計，最低功耗小于 1mA；提供 6 路 I/O，可實現(xiàn)數(shù)字量輸入輸出、脈沖輸出；其中有 3路 I/O 還可實現(xiàn)模擬量采集、脈沖計數(shù)等功能。 此次設(shè)計所選擇的 DRF1605H 型號的 Zigbee，如圖 為 Zigbee 模塊實物圖。它是基于 TI公司 CC2530F256 芯片，運行 zigbee2020/PRO 協(xié)議的 Zigbee 模塊，它具有 ZigBee 協(xié)議的全部特點，這有區(qū)別于其他種類的 ZigBee 模塊。此 ZigBee 模塊節(jié)點的信息處理單元采用的是 CC2530， CC2530芯片具有很多優(yōu)勢，它采用 SoC（ System on Chip） CMOS 工藝生產(chǎn)，結(jié)合了符合 標準的 GHz 的先進的 RF 無線收發(fā)器的收發(fā)功能，同時集成了標準的 8051CPU，兼?zhèn)?2 個支持多種串行通信協(xié)議的 USART，具備 8路輸入和可配置分辨率的 12 位 ADC,，還具備 AES 安全協(xié)議處理器，用以保證網(wǎng)絡(luò)通信的保密性和安全性。它還具有休眠模式，在休眠模式下電流損耗僅為 1 uA，發(fā)射和接收模式時的電流損耗分別為 29 mA和 24 mA ，可廣泛應(yīng)用于樓宇 /家庭自動化、工業(yè)控制、低功耗無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療保健等領(lǐng)域 [12]。 自動組網(wǎng)，上電即用是 DRF 系列 ZigBee 模塊的主要特點。針對目前產(chǎn)品開發(fā)進度要求緊，市場變化快的特點， DTK 推出了自動組網(wǎng)，上電即用的 ZigBee 模塊，用戶不需要了解復(fù)雜的 ZigBee協(xié)議，所有的 ZigBee 協(xié)議的處理部分，在 ZigBee 模塊內(nèi)部自動完成，用戶只需要通過串口傳輸數(shù)據(jù)即可，是目前市場上應(yīng)用 ZigBee 最簡單的方式。 Coordinator 從串口接收到的數(shù)據(jù)會自動發(fā)送給所有的節(jié)點，某個節(jié)點從串口接收到的數(shù)據(jù)，會自動發(fā)送給 Coordinator。用戶可通過串口指令更改模塊的節(jié)點類型（ Coordinator 或 Router）和模塊使用的無線電頻道。 陜西理工學院畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁，共 55 頁 圖 Zigbee 模塊實物圖 CC2530 芯片的 管腳定義 ： ： 休眠鍵，輸入腳， 拉高時，休眠有效。模塊如果是 Cornidator、 Router 時此腳無效，只有模塊是 Enddevice 時，此腳才有效，如果不需要休眠功能，則此腳與 GND 連接。 ?： Set 鍵，輸入腳， 拉高時候，設(shè)置功能有效，平時模塊處于數(shù)據(jù)收發(fā)狀態(tài)時，此引腳應(yīng)為低電平 。 ? ： 網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)燈，輸出腳，模塊如果是 Router 或 Enddevice 時，此按鍵表明當前模塊是否入 網(wǎng)，高電平表明入網(wǎng)，低電平表明沒有入網(wǎng)。 ?： Rx， 與外置 MCU 的 Tx連接 ?： Tx，與外置 MCU 的 Rx連接 ? 我們 在使用 的 時候，可以根據(jù)自己需要選擇引腳。最簡單的情況是只使用 Rx、 Tx.、 GND、 VCC 四個腳，但需要將 (休眠鍵 )、 (設(shè)置鍵 )接地 、 （網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)）懸空。 圖 為 CC2530管腳圖。 圖 CC2530 管腳圖 Zigbee模塊的組網(wǎng) Zigbee網(wǎng)絡(luò)通常由三種節(jié)點構(gòu)成： 第一種為 Coordinator（協(xié)調(diào)器節(jié)點） ， 它的作用是 創(chuàng)建一個 Zigbee網(wǎng)絡(luò)， 并且 為最初加入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點 來 分配地址，每 一 個 Zigbee網(wǎng)絡(luò) 都 需要且 僅 需要一個協(xié)調(diào)器節(jié)點 ； 第二種是 Router（路由器節(jié)點） ， 也 叫做 Zigbee 全功能節(jié)點 。它不但 能 起到路 由的作用 來 轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù) ，也可以 當做 一個數(shù)據(jù)節(jié)點 來 收發(fā)數(shù)據(jù) ， 它 還 可以 保持網(wǎng)絡(luò)， 以便 分配地址 給 后 來加入的節(jié)點； 第三種是 End Device（ 終端節(jié)點 ） ， 它 一般 只周期性 的 發(fā)送數(shù)據(jù)， 而 不接收數(shù)據(jù) [13]。 陜西