一種低功耗執勤監控方法

楊朋偉（武警工程大學　裝備工程學院,西安　710086）

一種低功耗執勤監控方法

楊朋偉
（武警工程大學裝備工程學院,西安710086）

摘要：針對執勤設備不能得到及時維修的問題，文章提出了基于Zigbee的低功耗執勤監控系統，并進行了設計優化。通過傳感器模塊采集目標數據，分析判斷是否有目標事件的發生，然后利用數據傳輸模塊以路由方式將判斷結果進行上傳。實驗結果表明：該系統方案設計詳細、系統功能完善，系統實用性和可行性充分，性能良好，為武警執勤提供了可靠的技術保障。

關鍵詞：低功耗；數據傳輸；武警執勤監控系統

1　前言

現有的執勤方法存在一定的問題，嚴重制約了執勤能力建設的發展，這些問題主要表現在：（1）現有執勤設施不能保證全時、全部監控（2）現有執勤設施功耗太大，造成不必要的資源浪費，如探照燈、視頻拍攝、圖像傳輸、電網、紅外對射等都耗費大量的資源與能量。針對執勤監控管理存在的問題，文章提出了一種基于Zigbee的執勤監控系統設計方法[1]。

2　執勤監控系統設計

2.1總體設計

執勤監控系統由傳感器模塊、路由模塊、網絡協調器模塊及監控中心構成。通過傳感器模塊對數據信息和圖像信息進行實時采集，然后通過處理器對數據信息進行分析[2]、判斷得出定性的結果，接著將數據結果傳輸給路由模塊，路由模塊實現對數據的中轉后，再將數據結果傳輸給網絡協調器模塊，網絡協調器模塊對數據進行總結，通過串口將數據傳輸到監控中心進行處理、顯示與報警。

2.2系統硬件設計

系統模塊按功能劃分為無線傳感器模塊、路由模塊及網絡協調器模塊。其中傳感器模塊包括電源模塊、CC2431無線通信模塊。路由模塊包括電源模塊、CC2431無線通信模塊。網絡協調器模塊包括電源模塊、CC2431無線通信模塊。

（1）CC2431無線通信模塊設計。無線通信模塊由CC2431芯片及其外圍電路組成，CC2431芯片將8051內核與無線收發模塊集成到一個芯片中，可以同時實現數據處理與無線射頻傳輸的功能。原理圖主要包括接口電路、3.3V和1.8V電源濾波電路、芯片晶振電路、巴倫電路及復位電路5部分。

（2）電源模塊設計。由于CC2431無線通信模塊采用3.3V供電。因此電源模塊采用降壓芯片將5V的電壓轉換為3.3V的電壓，以供系統使用，其中可以采用直流的5V電壓作為電壓輸入，也可以采用5V電池作為電壓輸入。

2.3系統軟件設計

（1）數據接收端程序設計。數據接收端由網絡協調器模塊構成，主要完成數據的接收、采集指令的發送及與PC的串口通信，它負責根據Zigbee協議創建網絡。它首先進行信道掃描，采用一個沒有使用的空閑信道，同時規定網絡的拓撲參數，如最大的兒子數、最大層數、路由算法、路由表生存期等。

（2）終端節點程序設計。終端節點包括路由模塊與傳感器模塊，主要完成發現網絡、加入網絡、數據采集和發送及接收控制命令等功能，網絡建立以后，終端節點就可以加入網絡了。

3　執勤監控系統實現及關鍵技術

3.1系統實現

將傳感器模塊布置在各監控點及監控區域，將路由模塊布置在傳感器模塊之間，在監控中心部署網絡協調器模塊，最終形成Zigbee網絡。為了保證執勤過程中值勤人員、值勤設備及執勤事件出現問題時能及時發現及處理，系統通過傳感器模塊不間斷的檢測值勤人員是否正常值勤、值勤設備是否正常工作及執勤事件是否發生等，如果采集到異常數據，系統會自動設計節點路由路徑，傳感器模塊將根據路由路徑經路由節點將異常數據送到網絡協調器，由網絡協調器對各傳感器數據通過串口進行上傳到監控中心，監控中心根據各傳感器數據信息進行匯總計算，最終得出判斷結果，并發出報警信號。

3.2系統設計關鍵技術

執勤監控系統通過全部監控無死角、全時監控無間隔以及逐級報警等特點實現執勤工作的順利進行。（1）全部監控無死角，全時監控無間隔。首先，執勤因素包括值勤人員、值勤設備及執勤事件，當所有值勤因素正常，系統通過監控所有執勤點、目標區域、值勤人員及值勤設備，保證出現數據異常時，系統能穩定工作，正常報警，這樣就保證了對所有執勤因素的控制，這就是全部監控的設計思想。其次，所有設備根據采樣頻率及系統要求的時間間隔工作，相對于值勤人員對目標事件進行分析判斷有一定時間間隔來說，設備會一直不間斷的工作，這是全時監控無間隔的第一層意義。當設備出現故障需要維修時，系統會根據網絡拓撲結構的變化自動設計數據傳輸路徑，系統仍能正常運行，這就是全時監控的設計思想；（2）逐級報警設計。為了實現對目標事件及設備安全的及時正確監控。可以進行逐級報警設計。思想如下：目標區域執勤事件、設備及人員如果出現異常，通過設備檢測，如果目標單位沒有處理或處理失敗則報告其上級單位。如果上級單位沒有處理或處理失敗則報告上級單位的上級單位，以此類推，最終實現對目標事件及設備安全的層級監督。

4　系統低功耗設計

首先，系統只傳輸數據結果及定性的分析及判斷，以達到實現低功耗設計的目的[3]。另外，采用傳感器模塊休眠技術，令節點向其父節點發送數據采集結果成功后進入休眠，休眠計時時間到，節點開始下一輪的數據采集及發送過程。

5　實驗驗證

對系統分別進行網絡數據測試和系統低功耗測試。系統網絡數據測試結果表明：在系統工作狀態和休眠狀態下，協調器模塊和終端節點模塊的功耗：協調器節點工作電流23-27mA，終端節點工作電流23-25mA。Zigbee傳感器監控網絡中節點距離低于50米時，能實時準確傳輸采集數據及分析結果，能準確完成對目標、值勤人員及設備的監控。從系統的功耗測試可以看出，執勤監控系統能滿足低功耗的設計要求。

6　結論

通過低功耗執勤監控系統切實解決值勤時存在的監控死角及時間死角、設備故障時系統不能有效運行的問題，從而減輕值勤人員的工作量，減少事故發生的概率。系統通過對人、設備、監控目標的層層控制、全面監控，將值勤人員從執勤任務中解放出來，從而全身心致力于處置突發事件、作戰戰術及其他任務的訓練，從而切實提高執勤分隊的戰斗能力。

參考文獻：

[1]KatayounSohrabi，JayGao，VishalAi lawadhi，Gregory J.Pottie.ProtocolsforSel f_OrganizationofaWirelessSensor Network[J].IEEEPersonalCommunicaitons，2000：16－27.

[2]顏振亞,鄭寶玉.無線傳感器網絡[J].計算機工程與應用,2005,25(15):20-23.

[3]劉敏飪，吳泳，伍衛國.無線傳感器網絡研究[J].微電子學與計算機，2005,7(22):58-61.