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1、 基于 ZigBee 技术的室内安防监控系统的设计和实现 室内安防监控系统具有实现对室内环境的监控、防止非法入侵等功能，得到了广泛的应用。本文设计了一款基于 ZigBee 技术的室内安防监控系统，详细介绍了该系统的设计方案及其软硬件的实现，经测试，该系统满足设计的要求。标签：Zigbee 技术；监控系统；设计 随着物联网技术的快速发展，物联网在家居智能化中也得到了广泛的应用，而室内安防监控系统就是其应用于家居中的一个体现。在室内安防监控系统中，ZigBee 技术具有简单、低功耗、低成本、安全可靠等优点，具有良好的应用价值。基于此，笔者进行了相关介绍。1.系统方案设计 本系统采用模块化结构设计，
2、主要包括单片机控制单元、ARM 控制单元、USB 视频图像采集器、ZigBee 网络单元、GSM/GPRS 传输单元以及计算机或智能手机终端等结构功能单元。在智能手机或者计算机终端的 Web 浏览器上，使用者可登录并管理该系统，嵌入式 Web 服务器 BOA 可通过 Internet 网络来访问；根据用户发送的不同 Web 请求，嵌入式服务器会运行与请求相对应的CGI 脚本，并由 CGI 来发送串口数据包，给 Atmega128 单片机来控制各种设备；同时，ARM可通过串行接口向 ZigBee 无线传感网络的协调器（Coordinator）送出各种指令，采集到实测环境中各节点（Node）的具体
3、参数指标；系统管理者还可以随时根据需求查看USB 监控摄像头捕获到的现场照片和视频数据流。（1）单片机控制系统使用Atmel公司 8 位单片机 Atmega128 为核心，ARM与单片机之间可通过串口通信，单片机系统控制着室内各种设备的动作，各个设备状态由 LCD12864 点阵显示。（2）基于 Linux 核心的嵌入式平台支持 TCP/IP 协议，允许客户端远程接入并访问，不仅为系统用户提供 Web 服务，还控制 USB 视频摄像头以 30 帧/秒的速度捕获监控视频流，并通过串行接口与 GSM/GPRS 模块、ZigBee 无线网络模块及单片机进行交互式通信，用户远程视频请求由视频服务器 m
4、jpg-streamer 负责响应。（3）无线传感器网络采用新兴 ZigBee 技术，各节点的环境参数由 ZigBee模块负责采集，并将采样得到的数据传输给协调器，再由协调器将采样数据传输到 ARM 板（USB 转串口），从而实现对室内环境的监测。系统监测的内容主要包括光照强度、烟雾浓度、温湿度及人体红外检测。（4）视频采集器采用以数字信号处理芯片（ZC301P）为核心的摄像头，且与 ARM 控制单元用 USB 连接，实现室内监测数据的实时采集。（5）GSM/GPRS 单元与 ARM 控制单元利用 USB 转串口进行通讯，若出现室内特殊状况，则由 ARM 单元进行指令控制（如打电话或发短信），
5、用户可以获取相关信息，及时处理危险情况。（6）智能手机或计算机终端负责验证客户身份、ZigBee 传感器网络采集参数的浏览以及各种室内设备的远程控制。Web 服务器不仅随时获得用户终端的所有数据请求，还给用户提供相应的通用网关 CGI 界面，它充分地结合了 JavaScript技术和 HTML 技术，并在 Linux 嵌入式服务器平台的基础上得以实现。ZigBee 无线传感技术与嵌入式技术的完美融合解决了传统监控网络的监测点单一、远程控制受限、布线复杂等问题，解决了 ZigBee 传感网络没办法很好地接入 Internet 网的问题，使远程监控设备之间更容易互通互联，组网更灵活。2.硬件设计
6、2.1 系统硬件组成框图 Atmega128 单片机控制模块、CC2530 无线传感模块、三星 S5PV210 嵌入式开发板、SIM300GSM/GPRS 无线传输模块、LCD12864 液晶显示模块、USB 监控摄像头、继电器控制模块及电源模块等是系统的主要硬件组成，通用计算机或智能手机作为系统远程控制终端室内各节点的光强、烟雾浓度、温湿度及人体红外检测等环境参数由传感器網络负责采集，系统用户可通过计算机或智能手机浏览网页所显示的环境监测数据；同时，室内各设备（包括空调、电饭煲、排气扇、照明灯、窗帘电机及报警器等）的状态控制可由用户点击相应控制按钮，以指示单片机控制对应的设备；用户若想要实时
7、显示出摄像头监控到的视频，则可点击客户端浏览器网页上的“获取视频”按钮，若想要查看摄像头所拍摄的监控照片，则点击网页上的“获取图片”按钮即可。2.2 ZigBee 传感网络模块设计 无线传感网络模块包括 CC2530 单片机、RF 天线接口、模数转换器、晶振及 I/O 扩展口。CC2530 单片机自带 51 内核，它是一个真正应用于 2.4 GHz IEEE 802.15.4 的 ZigBee 在片系统（SoC）实施方案。目前，市面上有 4 种 CC2530 单片机核心，其型号分别为 CC2530F32/64/128/256，依次具备有 32/64/128/256 KB闪存空间，它具备增强 C
8、PU 处理性能、可编程系统闪存、8K 静态存储以及优良的 RF 收发性能等诸多强大功能。其中，CC2530F256 芯片为用户提供了强大而完整的 ZigBee 解决方案，它利用黄金单元 ZigBee 协议栈（Z-Stack），实现了ZigBee 无线传输。CC2530 无线传感网络模块硬件结构如图 1 所示。2.3 单片机控制系统硬件设计 单片机控制子系统与ARM嵌入式系统协同实现了对室内各种设备的状态控制。本系统采用了低功耗高性能的 Atmel8 位单片机 Atmega128，其内部编程FLASH 128K 字节，10000 次以上的可擦写次数，EEPROM 4 K 字节，SRAM 4K 字
9、节，它还具备能满足控制系统一般设计需求的 ISP、485、IIC 及串口等常用通信接口。图 2 所示为单片机控制子系统的硬件组成结构。3.软件设计 3.1 ZigBee 无线传感网络软件设计 ZigBee 的组网、访问和软件操作需用编程语言、相应接口规范、TI 公司专门为应用处理器开发的 Z-Stack API 和 Simple API 来实现。ZigBee 协议栈采用分层结构，在协议栈基础上，利用异步收发传输器 UART 提供各种服务，使 ZigBee无线传感网络得以实现。其具体流程如下：系统在上电复位后，首先会由协调器建立起一个网络，并等待各节点加入该网络；接着各节点开始搜寻网络，一旦搜寻
10、到，便试着加入该网络；传感器再定时采集数据，并经无线传感网络把数据传输到协调器；协调器打包处理节点采样数据，并通过USB 转串口发送给 ARM单元，多节点的环境监测功能就这样用无线传感网络 ZigBee 技术加以实现。3.2 单片机控制系统软件设计 通过串口，ARM 与 AVR 单片机可进行实时通信，单片机要负责接收 ARM发送过来的数据包，并分析该数据包，对数据包的头和尾进行检查，校验该数据包正确性，然后依据具体的命令分析结果发出相应的动作指令。Atmega128 单片机在系统通电后，首先进行初始化，然后同 ARM 单元通过串行接口握手 3 次，假如 3 次握手操作不成功，再次进行 3 次握
11、手，直至 3 次握手成功后才会开始接收数据包，并分析和校验该数据包，控制对应的设备动作。4.测试结果与分析 硬件环境：Atmega128 单片机系统、CC2530 无线传感器模块、S5PV210 开发板及 USB 视频摄像头等等。软件环境：Windows7 操作系统、安卓智能手机、u-boot 及 Linux 软件等。在计算机或手机浏览器地址栏，用户输入开发板 IP 地址 10.10.205.171，键入正确的用户名和密码，登录系统进行各项功能测试。在计算机和智能手机终端的控制界面，分别点击空调、照明灯、电饭煲、排气扇、窗帘、报警器等设备的控制按钮，可打开或关闭对应的设备，设备的状态则会显示在
12、对应的控制界面上，摄像头实时采集的室内监控信号也能在控制界面显示。当单片机检测到室内不同位置传感器节点的异常情况时，会发出指令来控制相应的设备开关；同时，无线 GPRS 收发模块会发短信或打电话以提示用戶及时进行处理，测试结果如图 9 所示 5.结语 综上所述，ZigBee 技术在距离短、传输速率低的电子设备之间进行数据传输中得到广泛的应用，其在室内安防监控系统中具有良好的应用价值。本文介绍 了基于 ZigBee 技术的室内安防监控系统，经测试，该系统安全可靠、满足设计的各项要求，对类似系统设计具有一定的借鉴意义。参考文献：1李路，何新霞，孔祥飞，李旋.基于 PLC 与 ZigBee 的室内环境监控系统设计J.计算机测量与控制，2017，25（05）：112-114+118.2肖海珍，艾信友，杜佳昊，沈瑞盈，郭甲妹，郭宇.远程室内安防监控系统的设计J.科技创新与应用，2017（01）：46.3杨峰，朱凯，徐昕军，杜翠，梁胤程.面向物联网的室内 ZigBee 监控系统设计J.计算机测量与控制，2014，22（05）：1439-1441+1445.