基于ZigBee技術的室內防燃氣泄露系統設計

黃銀蓉?黃定強

摘要：在生活中，如果可燃氣體使用不當，遇火后可能會使其燃燒或爆炸，這也是火災爆炸事故的一些起因。所以為了無時無刻對室內的可燃氣體進行監測，達到預防事故的發生的目的。本文將設計一種可以實現實時監測室內可燃氣體并加以警報的系統。其中傳感節點可以用MQ-7傳感器來實現，還有cc2530芯片，協調器節點，以及終端節點，組建數據采集網絡需要通過ZigBee協議，數據處理需要使用到PC端，當檢測到設置的相應值低于室內可燃氣體濃度利用蜂鳴器時對用戶加以警告。

關鍵詞：ZigBee;一氧化碳傳感器;警報

1.引言

燃氣在當今生活中被廣泛應用，它的便利性廣受人們青睞，但同時它們也存在一定的風險，當人們操錯失誤或者燃氣泄露都會帶來一定的危害。一氧化碳（co）是人工煤氣的主要成分，它具有無色、微臭的特性，天然氣燃燒不完全的產物就是它，如果空氣中的一氧化碳濃度值大于0.0024%時，就會對人體造成很大的危害，可能會使人窒息，如果嚴重時就會導致人體內臟出血，出現水腫壞死等問題。因為它的特性所致，所以在生活中人們很難察覺它的存在。若是不及時發現救治，發生死亡事故的可能性很大。目前市面上已出現多種防燃氣泄露檢測裝置，但是，爭對家庭防燃氣檢測裝置較少。本文就是針對上述問題，設計了基于ZigBee技術的室內防燃氣泄露系統[1]，對于家庭來說，費用較為低廉，操作簡單方便。在產生燃氣泄露時能夠及時檢測并報警，使人們在第一時間里關閉燃氣閥，杜絕泄露的發生。能夠在最快的速度內感受到危險逃離場地。

2.ZigBee概述

ZigBee是基于IEEE 802.15.4標準的低功耗局域網協議，是此協議的代名詞。它是一種雙向無線通信技術，具有低復雜度、低功耗、短距離、低成本、低數據傳輸速率和自組織性，它主要運用于自動控制和遠程控制領域，具有地理定位的功能，并且支持各種設備中嵌入，功能之強大，用途之多。此外，其傳輸距離多為10-100m，在增加發射功率后，有效傳輸距離可增加到1-3Km，并且其使用壽命長，抗干擾能力強，性能穩定，安全性也極高，可輕松實現無線傳感器檢測設備的安裝，在技術上，同時消除了成本的麻煩與電線的復雜度，提高了安裝效率，以及用戶的體驗感。

3.設計方案

如圖1所示， 本次系統由ZigBee終端節點、仿真器、一氧化碳傳感器、WiFi模塊、蜂鳴器組成，通過串口與PC端連接。其中終端節點利用MQ-7一氧化碳傳感器節點采集室內可燃性氣體（一氧化碳）的濃度，并通過顯示屏顯示，然后運用相應的處理技術將濃度值轉化為相應的電壓信號以便識別，再通過相應的處理電路對信號進行比較、放大、濾波，cc2530芯片利用ZigBee協議[2]將信號發送給協調器節點。協調器節點在接收到數據后并再次對信息進行處理，然后經過串口傳送到PC端，啟動PC端相應的應用程序，進行信號比較與處理，達到相應閥值時即啟動蜂鳴器警報裝置。 詳細實施過程為：

1. 配置CO傳感器，設定濃度設定值時，平時正常狀態時為高電平。

2. 讀取檢測引腳電平，輸出顯示，上傳給協調器;當串口顯示處于高電平狀態時說明沒有檢測到氣體，同時LCD屏上顯示正常;當串口顯示處于低電平狀態時，信號燈點亮，說明檢測到氣體存在，同時LCD屏上顯示異常。

3. 利用周期性點播的定時器，間隔1s定時采集數據，將采集到的信息發送給協調器，再通過終端LCD顯示出來。

4. 將程序下載到板塊上。

5. CO傳感器檢測到一氧化碳氣體，觸發蜂鳴器，從而實現傳感器報警感應。

4.網絡接入

本文由于使用兩個終端節點，需要連接CO傳感器和蜂鳴器，每一個節點需要接受到應用程序發送的網絡，所以可以采取組播組網模式[4]。相關組網操作需要協調器上電后進行，入網操作需要在終端節點上電后進行，終端節點在成功加入ZigBee網絡后，將自己的節點信息封裝成網絡信息包來發送給協調器（同時協調器也稱為匯聚節點或Sink節點），協調器在接收到網絡信息后就通過串口發送至PC端，然后組網情況可以由PC端上的ZigBee Sensor Monitor程序來查看。終端節點在加入了ZigBee[3]網絡之后，然后定期上報自己的網絡信息包，Zstack協議棧啟動成功后設置了一個定時器，當定時器事件發生后，就會觸發相應的事件（MY_REPORT_EVT事件），MY_REPORT_EVT事件的函數觸發入口為MPRouter.c文件（或MPEndPont.c文件）中的zb_HandleOsalEvent（）函數，實現對事件的處理過程即在此函數中。

5.總結

本設計的主題是基于ZigBee的室內防燃氣泄露系統設計，主要目的是設計出一款感知檢測一氧化碳氣體并實現報警裝置。通過傳感器設備，及時對室內封閉環境下一氧化碳氣體泄露的感知，提醒室內的人們在告知氣體泄露的第一時間下，開窗通風，流通空氣，避免并杜絕出現燃氣致昏厥甚至中毒事件的發生，為人們提供安全防護的保障。此外，本設計中還存在諸多不足之處，還未能實現對于遠程監控操作系統，以及對于手機App報警裝置的安裝。假使，上述問題得以實施，將會為人們生活上帶來更大更多的便利，同時也為社會的發展進步帶來更大的社會效益。

參考文獻：

[1]趙德基. 基于ZigBee技術的室內液化氣泄漏報警系統設計[C]. 云南省機械工程學會2010年年會. 0.

[2]秦海軍. 一種基于ZigBee的環境氣體濃度監測裝置，CN109060703A[P]. 2018.

[3]趙云. 基于ZigBee技術的信息安全[J]. 品牌研究， 2018（3）：2.

[4]K.埃德斯特倫， H.杰普松， and S.派爾松. 用于在無線通信網絡中的許可輔助接入小區中執行多信道接入過程的網絡節點和方法[P]，CN111434178A. 2020.

作者簡介：黃銀蓉（1984-），女，廣安職業技術學院，講師，碩士研究生，研究方向為人工智能控制。