基于ZigBee的无线火灾探测系统研究

论文摘要

随着无线通信技术的发展,高速无线技术和产品不断推出,速率越来越高,距离越来越远。然而,在很多实际应用的场合中,如工业控制、火灾监测、智能家居、交通及医疗监控、等,对通信的速率要求并不会太高,而在成本、功耗、可靠性等要求却是很严苛。于是,人们对低速、近距离的无线通信技术和产品的渴求越来越强烈,ZigBee技术就应运而生。无线传感器网络是由大量微型传感器节点通过无线通信的方式形成的多跳的自组织网络,通过这种网络,人们可以获知和处理网络覆盖区里被监测对象的相关信息。针对火灾探测的实际需求,本文使用多传感器综合采集判断的方法,开发了基于ZigBee的火灾探测系统。系统由传感器节点、路由节点、网关节点和主机构成。传感器节点挂载了感温感烟和感光探测器等多个传感器,负责对传感器节点所处环境中火灾量的采集,经过一定的火灾算法对火灾量进行判断,如果有火灾发生,就将火灾量向网关发送,否则不发送报警信息,经过一定周期后,仍没有发现火灾,传感器节点就进入休眠模式工作,降低能量消耗;路由节点负责信息的中继,当网关节点与传感器节点之间距离较长时,通过使用路由保证通讯的稳定与可靠;网关节点在火灾探测网络中是信息的集中点,网络中其他所有传感器节点发出的信息最终都将汇集到网关节点,由网关节点通过串口发送到主机;主机对接收到的信息进行处理,包括指示当前网络中的节点的地址和自动搜寻新加入的传感节点,发生火灾的节点的物理地址、显示火灾量信息、查询节点当前剩余电量等。综上,基于ZigBee的无线火灾探测系统运行功耗低,可以实现网络覆盖区与主机之间的双向通讯和网络的实时更新,并且监控覆盖区中是否有火灾发生。对该火灾探测系统进行模拟测试,测试结果显示,当某个传感器节点所在区域中有火灾发生时,传感器节点会发生报警,并将火灾量稳定的发送到网关节点,接着操作人员可以在主机中看到网关传送过来的信息;此外操作人员也可以通过主机给网络覆盖区中的传感器节点发送指令获取节点所处环境中的火灾量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题来源和意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 课题研究的背景和意义
• 1.2 火灾探测技术研究的概况和发展趋势
• 1.3 无线近距离通信技术概况
• 1.4 ZigBee 的发展概况
• 1.5 ZigBee 的应用领域
• 1.5.1 ZigBee 在无线抄表中的应用
• 1.5.2 智能家居中的应用
• 1.5.3 在生产施工上的应用
• 1.6 课题的研究目标
• 1.6.1 研究内容及目标
• 本章小结
• 第二章 基于 ZigBee 的火灾探测系统总体设计
• 2.1 基于 ZigBee 的无线网络结构设计
• 2.2 ZigBee 火灾探测网络设计主要对象
• 2.2.1 ZigBee 协议栈架构
• 2.2.2 ZigBee 网络的设备与工作流程
• 2.2.3 ZigBee 网络拓扑组建
• 2.2.4 节点加入网络的方式
• 2.2.5 节点离开网络的方式
• 2.2.6 ZigBee 通讯方式
• 2.3 火灾探测系统在 ZigBee 协议栈中的实现
• 2.3.1 通讯数据格式定义
• 2.3.2 网络寻址与地址分配
• 2.3.3 火灾探测系统中的网络寻址
• 2.3.4 任务的分配与调度
• 2.4 节能设计
• 本章小结
• 第三章 ZigBee 无线火灾探测系统硬件设计
• 3.1 火灾探测系统基本的硬件设计
• 3.1.1 控制器的选择
• 3.1.2 天线的设计
• 3.1.3 高频模块的电路设计与制作
• 3.2 传感器节点的硬件设计
• 3.2.1 传感器模块的硬件设计
• 3.2.2 传感器节点的电源设计
• 3.3 路由节点的硬件设计
• 3.4 网关节点的硬件设计
• 本章小结
• 第四章 ZigBee 无线火灾探测系统软件设计
• 4.1 传感器节点的软件设计
• 4.1.1 传感器节点加入网络
• 4.1.2 检测火灾量
• 4.1.3 接收控制命令的处理
• 4.2 路由节点的软件设计
• 4.3 网关节点的软件设计
• 4.3.1 网关节点的组网
• 4.3.2 网关节点接收传感器节点的火灾量
• 4.3.3 网关对主机的命令的处理
• 4.4 主机监控系统的设计
• 4.4.1 监控系统中的参数设置
• 4.4.2 主机监控系统的查看区
• 本章小结
• 第五章 实验与结果分析
• 5.1 测试准备
• 5.2 测试
• 5.2.1 节点主动报警测试
• 5.2.2 查询节点状态
• 5.2.3 历史数据查询
• 本章小结
• 第六章 全文总结与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢