ZigBee紅外遠程監控系統設計


現代安防監控越來越受到重視。它一般由圖像采集、傳輸和存儲系統組成。采用高精度的攝像頭配合先進的圖像處理技術和傳輸技術。其安防監控性能雖然很好,但也存在投資成本大,實時報警性能差。數據量大,隱蔽性差等缺點。鑒於這些不足,某些應用場合也可以用紅外監控作為監控手段。

紅外探測器自1800年被首次制作出來以后,經過兩百多年的發展,技術已經十分成熟。它是指將不可見的紅外輻射光探測出來,並且轉化為可測量的信號的技術,具有適應性好,隱蔽性好,保密性強,性能穩定等優點。通過對特定波段的紅外射線的探測,就可以實現對物體的實時性探測和跟蹤。

文中介紹一種基於ZigBee無線模塊技術的紅外遠程監控系統。ZigBee無線模塊數傳是一種短距離無線通信技術,具有低功耗、低成本、網絡容量大、可靠性和安全性比較高、開發成本低等特點。整個系統利用紅外探測器來監測特定區域是否有人。探測誤差小;利用ZigBee數傳模塊傳輸數據。具有功耗低、廉價高效等優點。

1 系統方案

系統主要由3部分構成,分別是ZigBee數據采集部分,ZigBee數傳模塊數據傳輸部分和監控部分。ZigBee數據采集由人體紅外探測器模塊HC-SR501完成,為了方便控制數據采集是否進行,搭配了一個無線遙控器。HC-SRS01的靜態電流小於50uA,適合電池供電,探測角度約為100度錐角,工作距離在 7以內,不穿牆,適合在室內使用,當有人體進入感應范圍就輸出高電平,自動延時,無人時輸出低電平。

遙控器采用無線電遙控方式,使用PT2262PT2267編碼、解碼芯片制作,在 433M 公用頻帶上進行遙控。ZigBee無線模塊傳輸部分包括ZigBee終端節點.路由器和協調器。終端節點用來連接紅外探測器和無線遙控器,用來接收數據;路由器用來中轉數據:協調器負責ZigBee數傳網絡的組建和接收到數據以后,利用RS232串口數據線,將數據傳遞給中央計算機。監控部分的界面采用LabVIEW編寫,用來處理和顯示接收到的數據信息。系統需要實現的功能是:利用紅外探測器進行ZigBee數據采集。並將采集的數據發送到ZigBec終端節點,通過無線遙控器的手持遙控端,控制ZigBee數傳終端節點是否接收數據。接收到的數據,由終端節點傳遞給路由器,再由路由器傳遞給協調器,最終到達中央計算機,並在監控界面上展示出來。

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l 系統架構圖

2 硬件設計

21數據采集模塊

在系統中,人體紅外探測器要與終端節點相連,以便將采集的數據直接傳遞給終端節點。遙控器用來控制終端節點內的單片機是否接收紅外探測器的信號。這里的信號的接收與否是通過控制單片機是否進入中斷狀態來完成的。在一個監控端,可以布置多個紅外探測器。實現多區域覆蓋,所有探測器並聯,然后再連接到終端節點,如圖2所示。

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2 數據采集端安放圖

22無線傳輸模塊

ZigBee數據采集完成以后。就要利用無線傳輸網絡,將數據傳遞給中央計算機。ZigBee無線模塊傳輸網絡主要由ZigBee數傳終端節點。路由器和協調器組成。終端節點是數據采集源,實現加入、退出網絡的功能;路由器負責尋找,建立網絡路由信息,拓展網絡范圍;協調器是整個網絡的中心,負責網絡組建和數據配置。

ZigBee網絡拓撲結構主要有3種類型,分別是星形結構,網狀結構和樹狀結構,這里我們采用的是樹狀結構,如圖3所示。

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3 ZigBee簇狀拓撲結構

終端節點的數據傳遞給路由器或者協調器,路由器的接收到數據以后轉發給協調器或者是相鄰的路由器.實現數據中轉的作用。ZigBee網絡的核心是TI CC2530微處理器.它是一款用於IEEE802154ZigBeeRF4CE應用的真正的片上系統解決方案。能夠以非常低的成本建立網絡。具有不同的運行模式,尤其適應超低功耗要求的系統。集成了增強型8051內核.結合Z-STACK協議棧可以方便的組建自己的ZigBee無線模塊通信網絡。

3 軟件設計

在軟件方面。采用IAR Embedded Workbench集成開發工具作為CC2530的編程工具。終端節點程序流程框圖如圖4所示。

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4 終端節點程序流程圖

程序開始時,首先進行板載元件初始化以及加入ZigBee數傳網絡。然后設置IO端口的外部中斷用於檢測的人體紅外模塊監測信號和手持遙控器信號(手持遙控器用來控制系統是否開啟監控模式)。系統進入啟監控模式之后,終端節點開始接收人體紅外傳感器發出的信號。人體紅外傳感器被設置為重復觸發方式,也就是說假如人體紅外傳感器探測到了人體,感應輸出高電平后,在延時時間段內,如果有人體在其感應范圍活動,其輸出將一直保持高電平,直到人離開后才延時將高電平變為低電平。

終端節點接收到人體紅外信號后,設置報警標志位,同時通過ZigBee網絡發送警報信息到監控端:此后程序進入等待警報解除狀態。用戶此時可以通過手持遙控器解除警報或者監控端下發一個解除警報的命令。終端節點解除警報。並將成功解除警報信息上傳監控端。在此之后,系統重新開啟監控狀態,至此程序進行了一個輪回,終端節點就這樣如此往復工作。協調器程序流程框圖如5所示。

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5 協調器程序流程圖

系統上電初始化以后,首先在應用指定的網絡信道范圍內進行能量掃描,通過在各個信道上進行監聽。獲取各信道能量水平,選擇其中一個干擾和沖突最少的信道建立網絡,其流程如圖6所示。

 

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6 ZigBee組網流程圖

其次是配置串口。實現協調器與上位機PC的通信。最后進入接收信息狀態,等待終端節點上傳信息。每接收到一串數據包,立即通過串口向上位機發送整包數據,或者將上位機的命令轉發到終端節點。運行在PC端的上位機軟件使用的是LabVIEW軟件編寫而成。通過PC串口,程序接收到了單片機發送的一串數據包之后。按照預先定義的幀格式,將其中的紅外探測數據解析出來。通過界面上的警示燈,告知使用者監控區域的狀況。同時。界面上設置有相應的解除警報按鈕。在紅外傳感器已經探測到人體紅外信號且發生警報信息之后,可以通過上位機的解除警報按鈕,將警報信息解除掉。

4 結束語

文中介紹了一種使用ZigBee無線模塊、紅外探測實現實時監控的方案,利用紅外傳感器進行ZigBee數據采集,操作方便實用。系統的價格低廉,技術成熟,性能穩定。探測器可以安置的范圍廣,對環境的適應性強,隱蔽性好,可以用於一些要求低成本、高實時的監控場景。另外,系統的基礎是ZigBee數傳網絡,當組網完成后,可以在終端節點搭配不同類型的傳感器,可以用來采集不同的數據信息。系統拓展性高。


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