基于ZigBee技术的智能家用燃气报警系统

论文摘要

本文结合社会的实际应用和课题研究的需要,设计了一种基于ZigBee无线组网技术的家用燃气报警系统。该系统以CC2430F128无线单片机作为控制和处理核心,以ZigBee2006协议标准为依托,启动Z-stack协议栈组建网络,家庭中安放的终端节点可以通过识别认证加入到网络中。家庭中的终端节点实时采集泄露气体的浓度,把节点数据发送给上级路由节点或者直接发送给中心协调器。中心协调器与上位机PC机通过串口相连接。在上位机监控界面中可以监测到网络中每个节点的泄露气体浓度和其他一些重要的无线通信参数及性能指标。通过软件设置两个报警阈值,一级报警阈值作为一个报警缓冲等待系统稳定采用声光报警,二级报警采用公网电话机自动拨打预先存储的电话号码进行语音报警。本课题的主要研究工作如下:ZigBee终端节点硬件电路和中心协调器硬件电路设计。考虑到终端节点容易受到环境因素的影响,加入了干电池供电设计,并且应用MCP1259进行低压检测报警设计,确保网络建立。设计语音模块硬件电路,录好相应的报警语音,电话报警后启动播放,把单片机和电话机接口芯片打包设计,编出完整的AT串口指令协议,便于外部处理器控制。传感器数据采集电路及传感器信号调理电路设计,对可燃性气体传感器进行标定,把采集的浓度数据转换成1～3V电压输出。应用ZigBee-2006协议标准组建mesh状网络,允许信号覆盖范围内的同频ZigBee设备经过认证加入网络。认证后的节点加入网络进行登记管理,分配网络地址,并使得网络地址与其地理信息进行配对,便于报警。上位机监控界面的设计。上位机应用VB6.0进行编写,主要完成显示网络中各个节点的浓度数据接收、实时绘制各个节点的相关浓度曲线和上位机报警。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 ZigBee 技术的发展现状与分析
• 1.2.1 ZigBee 技术的无线通信标准
• 1.2.2 ZigBee 技术的特点
• 1.3 课题来源及主要研究内容
• 第2章 系统硬件设计及实现
• 2.1 系统硬件方案
• 2.2 电源模块和低压检测电路的硬件设计
• 2.2.1 电源模块硬件电路设计
• 2.2.2 节点模块低压检测硬件设计
• 2.3 数据采集模块的硬件设计与实现
• 2.3.1 催化燃烧式传感器的检测原理
• 2.3.2 可燃性气体采集及其变送电路设计
• 2.4 电话语音模块设计
• 2.4.1 语音电路设计
• 2.4.2 DTMF 信号
• 2.4.3 电话机模块DTMF 信号收发原理
• 2.4.4 PH8810 电话机接口模块
• 2.4.5 电话机模块的串口控制
• 2.5 最小系统硬件电路设计
• 2.6 本章小结
• 第3章 系统软件设计
• 3.1 下位机软件设计
• 3.1.1 循环轮转式操作系统
• 3.1.2 ZigBee 协调器组建网络
• 3.1.3 子节点加入ZigBee 网络
• 3.1.4 电话机报警模块软件设计
• 3.2 上位机软件设计
• 3.2.1 上位机通讯的原理及方式
• 3.2.2 上位机监控界面总述
• 3.2.3 上位机密码登录界面设计
• 3.2.4 串口通信设计
• 3.2.5 节点报警界面设计
• 3.2.6 终端节点状态查询设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 数据误差处理及结果验证分析
• 4.1 曲线拟合及其线性回归分析
• 4.1.1 数据采集
• 4.1.2 数据曲线拟合
• 4.1.3 线性回归分析及显著性检验
• 4.2 ZigBee 组网通信测试与结果分析
• 4.2.1 应用软件介绍
• 4.2.2 实际距离测试
• 4.2.3 组网数据测试
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢