基于ZigBee的高层建筑无线火灾报警系统

(2)状态指示灯电路。协调器节点外围电路包括两个状态指示灯，分别用于表示收发状态和火灾报警状态。CC2430所有的I／O口可单独设置为通用I／O口，或外设特殊功能I／O口。其中P1_0，P1_1口具备20 mA的电流驱动能力，为高输出I／O口，其他I／O口均具备4 mA的电流驱动能力。因此，采用CC2430的P1_0，P1_1口与两个LED灯连接，并在二者之间连接上270 Ω的保护电阻，发光二极管低电平有效，当I／O输出为低电平时，LED灯亮。如图6所示。

(3)液晶显示电路。采用Nokia3310液晶显示屏来显示房间号，报警上限TH，实测温度和CO浓度信息。Nokia3310为84×48点阵液晶屏，工作电压为3．3 V，其与CC2430的SPI接口相连，如图7所示，文中采用PCD8544作为其控制驱动芯片，PCD8544是一块低功耗的CMOS LCD控制驱动器，适用于电池供电系统，芯片集成了LCD电压发生器、LCD偏置电压发生器、振荡器。PCD与CC2430的接口使用串行总线。

2．3 电源设计
由于CC2430芯片的休眠模式功耗较低，其供电电压范围为2．0～3．6 V，并且两种传感器均采用5 V直流电源，因此终端节点采用2节干电池供电，并通过AH805升压稳压器将电压升至5 V，即数据采集部分电源提供3 V和5 V电压，其中3 V为CC2430芯片供电，5 V电压为传感器电路供电。

而协调器节点是无线网络的中心，不适用低功耗休眠模式，需要长期供电，协调器节点采用交流供电方式，电源部分主要由变压器、整流桥、滤波电路、稳压管等部分构成，输出电压为±5 V的直流电压，再经过线性稳压芯片LP2985～3．3 V后输出3．3 V电压为协调器芯片CC2430供电。其电源原理图如图8所示。

3 系统的软件设计
3．1 数据采集软件设计
数据采集中CC2430处理器对温度的处理有：配置温度量化分辨率、初始化、跳过ROM匹配、启动转换、匹配ROM、读取转换结果，对读取的温度数据首先进行CRC校验，然后进行正负数判断与格式转换，最后保存温度值。由于设计中每个终端节点只与一个温度传感器相连，无需进行ROM地址匹配，所以在DS18B20初始化复位后，MCU发送跳过ROM地址命令，DS18B20经过93．75 ms的延时，将温度数据存储在EEPROM中，如图9所示。

3．2 终端节点软件设计
终端节点通电后，自动搜索网络并发送绑定请求，申请加入网络，在加入网络后，终端节点把自己的网络ID号发送至协调器节点，以供后期判断使用。终端节点采集到温度和CO气体数据先做一个预处理判断，当判断为有火灾情形时，将预报警信息送至RF发射端，通过无线网络传输给协调器节点。由于采用电池供电，为保证终端节点低功耗，设计巾采用定时／中断唤醒的方式采集并发送数据，即可以通过CC2430内部定时器定时唤醒，也呵通过协调器节点发送的中断来唤醒节点，剩余时间则进入休眠模式，如图10所示。

3．3 协调器节点软件设计
协调器节点上电后先建立网络，建立成功后自动进入允许绑定模式，并对终端节点发送的绑定请求作出响应。绑定成功后，当协调器收到信息时，根据数据的第一个标识字符来判断是终端节点的网络地址还是终端节点采集的数据。协调器节点接收终端节点发送的网络地址(16位)并进行存储。当协调器节点收到终端节点采集的数据时，通过zb_Send Data Confirm指示应答。并进行数据处理判断，根据预先设定的规则，作出火灾报警的最终判决，如果确认有火灾发生，则蜂呜器、LED灯声光报警，并将温度、一氧化碳浓度信息在液晶上显示，其流程如图11所示。

4 系统测试
4．1 数据传输测试
文中设计无线传输模块采用CC2430芯片，其数据传输速率最高为250 kbit·s-1，在较为理想的环境中，其室内传输距离可达10～15 m，室外传输距离可达10～100 m，实验测试分别在室内和室外进行数据传输测试，随机选取6组数据，其室内测试实验结果如表1所示。
由表1可知，相隔3 m的距离，无线模块能快速准确的传输数据，相隔5～8 m的距离，无线模块也能较快速准确地传输数据，当相隔15 m的距离时，信号变得很微弱，基本上较难接收数据。分析得出结论：在室内，由于房间内各种障碍物的阻拦，无线传输信号削减较多。而在室外相隔10～20 m的距离，无线模块能较快速准确地传输数据，当距离达到30 m时，信号变得微弱，难以接收到数据。
4．2 报警测试
报警测试在室内进行，在0203房间对应的终端节点位置产生泡沫明火；在0102房间对应的位置产生棉花阴燃火当系统检测到有火灾信息时，测得对应的房间号的一氧化碳浓度和温度信息，如表2所示：即22日10时23分46秒CO浓度超限报警，房间号为0203，实时温度为29．0℃(TH为33．0℃)，CO浓度为0．09％(NH为0．06％)。此时发出警报I——LED亮，蜂鸣器间隔1 s响一次，表示可能有火灾发生。而在22日13时07分18秒温度超限(TH为33℃)，一氧化碳浓度超限(NH为0．06％)，发出警报II，表示有火灾发生。