基于CC2530的火災(zāi)報警與逃生系統(tǒng)研究＊

徐 敏 ， 汪 菊

（安徽國防科技職業(yè)學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院，安徽 六安 237011）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)、新材料、新工藝不斷應(yīng)用于消防安全系統(tǒng)的開發(fā)中，其中物聯(lián)網(wǎng)消防技術(shù)為創(chuàng)新消防安全管理工作模式提供了有效途徑。但傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使用的有線傳感器有一定的弊端，當(dāng)火災(zāi)到來時，會發(fā)生斷電斷網(wǎng)現(xiàn)象，使火災(zāi)現(xiàn)場出現(xiàn)了大量的盲區(qū)，給火災(zāi)報警和逃生帶來很大的困難。本研究成果采用先進(jìn)的無線傳感器和基于CC2530芯片的物聯(lián)網(wǎng)云平臺技術(shù)組成完善的無線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，附加了傳統(tǒng)消防系統(tǒng)中缺少的自動化逃生系統(tǒng)，有利于保障逃生人員的生命安全。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 CC2530概述

CC2530是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE應(yīng)用的一個真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。CC2530是最早用在無線組網(wǎng)里面，與CC2430相比[1]，CC2530在發(fā)射功率、鏈路預(yù)算、射頻噪聲抑制能力、低功耗以及ESD防護(hù)能力等方面都有較大的提升，具體如表1所示。與藍(lán)牙或者WIFI[2]相比，藍(lán)牙和WIFI功耗較大而且開發(fā)難且不穩(wěn)定，組網(wǎng)也復(fù)雜。與低功耗的NB、loRa[3]相比，NB、loRa傳輸數(shù)據(jù)量較小，目前全國基站基本沒有，所以普及慢且難。同時，CC2530包括許多不同的外部設(shè)備，可以進(jìn)行高級應(yīng)用程序開發(fā)。

1.2 Cortex-A9核心處理器

系統(tǒng)設(shè)計過程中，采用智能安防主機(jī)處理信息，智能安防主機(jī)采用ARM系列Cortex-A9核心處理器，系統(tǒng)運(yùn)行Android系統(tǒng)，起到整個處理中心的大腦作用，將所有的數(shù)據(jù)采集顯示在安卓系統(tǒng)智能安防主機(jī)7寸顯示器中，主要由智能安防主機(jī)Cortex-A9核心處理器通過串口2與無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進(jìn)行串口通信。

1.3 無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器

系統(tǒng)無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器主要采用升級CC2530單片機(jī)（增強(qiáng)型51），進(jìn)行與傳感器無線組網(wǎng)的功能，將ZigBee轉(zhuǎn)發(fā)器無線節(jié)點的數(shù)據(jù)通過ZigBee無線形式收集過來，并通過串口轉(zhuǎn)發(fā)給智能安防主機(jī)。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

系統(tǒng)采用獨(dú)立開發(fā)的適用于Android系統(tǒng)的APP軟件，軟件主要用于火災(zāi)報警警示，同時可用于智能規(guī)劃逃生路線，在系統(tǒng)搭建完成后，軟件增加開放的代碼，可便于用戶因地制宜增加新的功能。

表1 CC2530特征、無線性能、功耗一覽表

3 系統(tǒng)整體方案設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計將無線傳感器與CC2530芯片的物聯(lián)網(wǎng)云平臺結(jié)合，通過按動無線傳感器上SW1按鍵，系統(tǒng)進(jìn)入工作，無線傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時無線傳感器將數(shù)據(jù)信息通過基于CC2530的Zigbee無線傳輸給主機(jī)協(xié)調(diào)器；主機(jī)協(xié)調(diào)器再通過串口，將接收到的傳感器的數(shù)據(jù)信息傳輸給A9網(wǎng)關(guān)，在這個過程中，A9網(wǎng)關(guān)將通過串口接收到的傳感器數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解析，將需要顯示的內(nèi)容通過界面和手機(jī)端顯示出來。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

4 系統(tǒng)火焰?zhèn)鞲衅鲗嶒災(zāi)M

4.1 實驗內(nèi)容

采集火焰?zhèn)鞲衅鞯臄?shù)據(jù)，通過串口打印到串口終端上。

4.2 實驗條件

1）在用戶PC上（Microsoft Windows XP以上系統(tǒng)平臺）正確安裝IAR Embedded WorBench for MCS-51 V7.60A集成開發(fā)環(huán)境；

2）ZigBee傳感器底板一個(插有FANTAI_CC2530模塊)；

3）FANTAI-CC Debugger多功能仿真器/調(diào)試器1個；

4）火焰?zhèn)鞲衅鳌?/p>

4.3 實驗原理

火焰監(jiān)測模塊主要是用來實時感應(yīng)環(huán)境中的火焰程度，若當(dāng)前環(huán)境中有火時則火焰模塊會檢測到有火，就會輸出高電平?；鹧娑O管為R4，光敏電阻根據(jù)光強(qiáng)度的變化改變電阻的阻值，通過LM393AD電壓比較器芯片，對基準(zhǔn)電壓比較，輸出高低電平。

4.4 實驗步驟

4.4.1 連接硬件

如圖2所示，把火焰?zhèn)鞲衅鳌igBee底板、CC2530模塊、ccdebugger調(diào)試器、串口電源連接在一起。

圖2 硬件組裝成品圖

打開電源供電，將ccdebugger使用USB方口線與電腦連接。由于ccdebugger給CC2530底板供電，在串口通信時需要的電流大，底板需要外接DC供電電源。

4.4.2 打開軟件程序，編寫相應(yīng)代碼

根據(jù)電路原理圖，在采集傳感器數(shù)據(jù)時不斷判斷P2_0口的電平值，輸入代碼，結(jié)果如圖3所示。

圖3 輸入代碼展示圖

4.5 實驗結(jié)果

打開串口調(diào)試工具，設(shè)置串口助手波特率57600，0.8.1，不需要十六進(jìn)制顯示，實驗結(jié)果如圖4所示。

圖4 實驗結(jié)果圖

5 系統(tǒng)運(yùn)行實驗

5.1 系統(tǒng)搭建

系統(tǒng)采用智能安防主機(jī)顯示器、智能安防主機(jī)Cortex-A9核心處理器、無線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、86型智能強(qiáng)電插座、聲光報警器[4]、ZigBee轉(zhuǎn)發(fā)器、無線燃?xì)馓綔y器、無線煙霧探測器、緊急逃離疏散指示燈、攝像頭、緊急按鈕、燃?xì)忾y、安全出口指示牌搭建實驗樣品，如圖5所示，并通過在采集系統(tǒng)上焊機(jī)節(jié)點確保系統(tǒng)運(yùn)行正常。

圖5 系統(tǒng)安裝實物圖

5.2 手機(jī)端測試

手機(jī)端采用Android的軟件開發(fā)環(huán)境eclipse來完成功能開發(fā)，在開發(fā)過程中通過Android網(wǎng)關(guān)實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)與強(qiáng)電繼電器之間的關(guān)聯(lián)操作[5-6]。即當(dāng)采集小于界限時，打開強(qiáng)電繼電器。采集大于界限時，關(guān)閉強(qiáng)電繼電器等類似的關(guān)聯(lián)操作。手機(jī)端能接收報警信號，用戶點擊確認(rèn)后，系統(tǒng)通過內(nèi)置算法自動規(guī)劃出逃生路線。如圖6所示。

圖6 手機(jī)端報警部分功能展示

6 結(jié)語

系統(tǒng)搭建實驗顯示：當(dāng)出現(xiàn)火情時，客戶端和手機(jī)端均能接收到信號并給出提示，同時手機(jī)端通過內(nèi)置算法顯示地圖方便逃生，通過CC2530無線協(xié)調(diào)器能確保整個系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。