基于TICC2530的無線煙霧溫度網絡傳感器在火災預警系統中的應用

劉鶴生 孟宓

摘 要：無線傳感器網絡技術是典型的具有交叉學科性質的高科技技術，可以廣泛應用于軍事、醫療、工業、災害預測等領域。無線傳感器網絡由許多功能相同和不同的無線傳感器節點組成，基于zigbee通信協議的物聯網主要由協調器、匯聚節點、傳感器節點組成，系統由協調器于上位機通信，傳感器節點自動加入網絡的特點。

關鍵詞：Zigbee網絡；火災預警系統

1 概述

Zigbee網絡主要特點是低功耗、低成本、低速率、支持大量節點、支持多種網絡拓撲、低復雜度、快速、可靠、安全。ZigBee網絡中的設備可分為協調器（Coordinator）、匯聚節點（Router）、傳感器節點（EndDevice）3種角色。

ZigBee是一個由可多到65000個無線數傳模塊組成的一個無線數傳網絡平臺，在整個網絡范圍內，每一個ZigBee網絡數傳模塊之間可以相互通信，每個網絡節點間的距離可以從標準的75m無限擴展。

目前ZigBee的應用領域主要有：工業、農業無線監測系統、智能家居物聯網個人監控、醫院病人定位、城市智能交通、戶外作業及地下礦場安全監護。

本系統采用TI公司內嵌zigbee協議的CC2530的CPU搭載煙霧、溫度傳感器組網，由傳感器節點（EndDivce）、匯聚節點（Router）、協調器（Coordinator）組網，最后由協調器通過串口把數據傳輸給上位機處理，上位機分析煙霧和溫度數據，當檢測到危險情況立即發出報警信息。

系統原理如圖1所示。

2 系統硬件設計

CC2530是用于RF4CE和2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee應用上一個真正的片上系統（SoC）解決方案，而本CPU正是采用TI公司的CC2530。它的優勢就在于建立強大的網絡節點卻能用非常低的總的材料成本。并結合了領先的RF 收發器的優良性能，系統內部可編程閃存，業界標準的增強型8051 CPU，8-KB RAM 和其他許多強大的功能。

其中，CC2530F256 結合了德州儀器的業界領先的黃金單元ZigBee協議棧（Z-Stack？），提供了一個完整和強大的ZigBee解決方案。

最后，CC2530F64 結合了德州儀器的黃金單元RemoTI，更好地提供了一個強大和完整的ZigBee RF4CE 遠程控制解決方案。

2.1 2MQ-2型煙霧傳感器工作原理

其屬于二氧化錫半導體氣敏材料，當M Q -2處于200℃～300℃溫度時，二氧化錫吸附空氣中的氧，在其表面形成氧的負離子吸附層，這樣造成電子密度減少，從而提高了其電阻值。遇到可燃氣體時原來吸附的氧被可燃氣體所消耗，以正離子態的可燃煙霧吸附在半導體表面，氧被結合放出電子，煙霧以正離子態吸附也會放出電子，使半導體帶電子密度升高，從而使其電阻值減小，這樣就可以通過檢測電阻轉換成的電壓信號來感知環境信息。當環境中的可燃氣體濃度下降后二氧化錫半導體又會恢復到常態，電阻值升高到初始值。

2.2 溫度傳感器DS18B20的工作原理

全數字溫度轉換及輸出，通過查詢內部相應寄存器得出。單總線數據控制通信。最高分辨率12位，精度可達±0.5℃。檢測溫度范圍-55℃～+125℃（-67℉～257℉）。內置EEPROM，限溫報警功能。

3 軟件設計

Z-Stack中帶有一個基于優先級的輪轉查詢操作系統OSAL（Operating System Abstraction Layer），OSAL采用以實現多任務為核心的系統資源管理機制。每一個任務的核心是一個事件處理函數，事件處理函數根據消息ID來選擇合適的入口函數處理該任務本身或其他組件產生的事osal_init_system（）初始化操作系統的任務，其中的osalInitTasks（）函數負責協議棧和用戶任務的初始化工作。

溫度測量函數：

4 結語

本系統采用TI公司的CC2530CPU作為基本平臺，搭載溫度DS18B20溫度和MQ-2煙霧傳感器結合CC2530內嵌的Zigbee物聯網通信協議智能組網構成的無線傳感器在火災預測和預防方面的典型應用，在相關領域具有非常廣泛的推廣價值。

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The Application of Fire Warning System Based on TICC2530 Wireless Smoke Temperature Sensor

Liu Hesheng， Meng Mi

（Chongqing Telecom Vocational and Technical College， Chongqing 402247，China）

Abstract： Wireless sensor network （WSN） is a typical interdisciplinary nature of the high-tech technology， can be widely used in military， medical， industrial， disaster forecast， etc. Wireless sensor network is composed of a number of functions the same and different wireless sensor nodes， based on zigbee communication protocols of the Internet of things is mainly composed of the coordinator， gathering node， sensor nodes， the system by the coordinator in PC communication， the characteristics of the sensor nodes automatically to join the network.

Key words： Zigbee network； fire warning system