基于CC2530的火災報警與逃生系統研究＊

徐 敏 ， 汪 菊

（安徽國防科技職業學院城市建設學院，安徽 六安 237011）

隨著科學技術的發展，新技術、新材料、新工藝不斷應用于消防安全系統的開發中，其中物聯網消防技術為創新消防安全管理工作模式提供了有效途徑。但傳統的物聯網技術使用的有線傳感器有一定的弊端，當火災到來時，會發生斷電斷網現象，使火災現場出現了大量的盲區，給火災報警和逃生帶來很大的困難。本研究成果采用先進的無線傳感器和基于CC2530芯片的物聯網云平臺技術組成完善的無線監控網絡，附加了傳統消防系統中缺少的自動化逃生系統，有利于保障逃生人員的生命安全。

1 系統硬件設計

1.1 CC2530概述

CC2530是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE應用的一個真正的片上系統（SoC）解決方案。CC2530是最早用在無線組網里面，與CC2430相比[1]，CC2530在發射功率、鏈路預算、射頻噪聲抑制能力、低功耗以及ESD防護能力等方面都有較大的提升，具體如表1所示。與藍牙或者WIFI[2]相比，藍牙和WIFI功耗較大而且開發難且不穩定，組網也復雜。與低功耗的NB、loRa[3]相比，NB、loRa傳輸數據量較小，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備，可以進行高級應用程序開發。

1.2 Cortex-A9核心處理器

系統設計過程中，采用智能安防主機處理信息，智能安防主機采用ARM系列Cortex-A9核心處理器，系統運行Android系統，起到整個處理中心的大腦作用，將所有的數據采集顯示在安卓系統智能安防主機7寸顯示器中，主要由智能安防主機Cortex-A9核心處理器通過串口2與無線網絡協調器進行串口通信。

1.3 無線網絡協調器

系統無線網絡協調器主要采用升級CC2530單片機（增強型51），進行與傳感器無線組網的功能，將ZigBee轉發器無線節點的數據通過ZigBee無線形式收集過來，并通過串口轉發給智能安防主機。

2 系統軟件設計

系統采用獨立開發的適用于Android系統的APP軟件，軟件主要用于火災報警警示，同時可用于智能規劃逃生路線，在系統搭建完成后，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 系統整體方案設計

系統設計將無線傳感器與CC2530芯片的物聯網云平臺結合，通過按動無線傳感器上SW1按鍵，系統進入工作，無線傳感器進行數據采集，同時無線傳感器將數據信息通過基于CC2530的Zigbee無線傳輸給主機協調器；主機協調器再通過串口，將接收到的傳感器的數據信息傳輸給A9網關，在這個過程中，A9網關將通過串口接收到的傳感器數據信息進行解析，將需要顯示的內容通過界面和手機端顯示出來。系統整體結構圖如圖1所示。

圖1 系統整體結構圖

4 系統火焰傳感器實驗模擬

4.1 實驗內容

采集火焰傳感器的數據，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以上系統平臺）正確安裝IAR Embedded WorBench for MCS-51 V7.60A集成開發環境；

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/調試器1個；

4）火焰傳感器。

4.3 實驗原理

火焰監測模塊主要是用來實時感應環境中的火焰程度，若當前環境中有火時則火焰模塊會檢測到有火，就會輸出高電平。火焰二極管為R4，光敏電阻根據光強度的變化改變電阻的阻值，通過LM393AD電壓比較器芯片，對基準電壓比較，輸出高低電平。

4.4 實驗步驟

4.4.1 連接硬件

如圖2所示，把火焰傳感器、ZigBee底板、CC2530模塊、ccdebugger調試器、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，編寫相應代碼

根據電路原理圖，在采集傳感器數據時不斷判斷P2_0口的電平值，輸入代碼，結果如圖3所示。

圖3 輸入代碼展示圖

4.5 實驗結果

打開串口調試工具，設置串口助手波特率57600，0.8.1，不需要十六進制顯示，實驗結果如圖4所示。

圖4 實驗結果圖

5 系統運行實驗

5.1 系統搭建

系統采用智能安防主機顯示器、智能安防主機Cortex-A9核心處理器、無線網絡協調器、86型智能強電插座、聲光報警器[4]、ZigBee轉發器、無線燃氣探測器、無線煙霧探測器、緊急逃離疏散指示燈、攝像頭、緊急按鈕、燃氣閥、安全出口指示牌搭建實驗樣品，如圖5所示，并通過在采集系統上焊機節點確保系統運行正常。

圖5 系統安裝實物圖

5.2 手機端測試

手機端采用Android的軟件開發環境eclipse來完成功能開發，在開發過程中通過Android網關實現采集數據與強電繼電器之間的關聯操作[5-6]。即當采集小于界限時，打開強電繼電器。采集大于界限時，關閉強電繼電器等類似的關聯操作。手機端能接收報警信號，用戶點擊確認后，系統通過內置算法自動規劃出逃生路線。如圖6所示。

圖6 手機端報警部分功能展示

6 結語

系統搭建實驗顯示：當出現火情時，客戶端和手機端均能接收到信號并給出提示，同時手機端通過內置算法顯示地圖方便逃生，通過CC2530無線協調器能確保整個系統穩定運行。