基于ZigBee技术的无线智能家用燃气报警系统

TGS6812由易燃气体敏感的元件D和对易燃气体不敏感的基准元件C组成。当可燃气体存在时，将在D检测元件上燃烧，造成温度上升，D元件的电阻将会增加，从而使输出电压相应被改变。测量这个电压值，通过计算可以求得可燃气体的浓度。当在空气中时，受到环境温度的影响，传感器也会有零点输出，所以应用LM158设计差动增益可调的放大电路来抑制零点漂移，具体设计电路如图5所示。

通过调节变位器R4，使后面由以LM158构成的差动放大电路的差动输入为0，可以减少环境沮度造成的误差，进一步对温度影响进行补偿。通过调节电位器R11可以使输出稳定在0～3 V，便于进行转化成标准的浓度计算。
2．4 电话机模块
本系统采用某电子公司的电话芯片设计的电话机模块，模块上集成了51内核的处理器，拥有独立的电话接口，具备DTMF信号检测功能，振铃检测功能，信号音检测功能，可以通过继电器的释放与否来模拟电话的摘挂机。模块内部固化了完整的串口协议指令，例如拨打电话号码，中心协调器可以通过串口直接发送“ATD+110+enter”，如果拨打成功，电话机模块会通过串口反馈给协调器“OK”，否则反馈“ERR-OR”。这种协议可以方便中心协调器通过串口发送协议指令控制电话机模块，从而拨打电话报警，减少系统的复杂性。
2．5 语音模块
语音模块采用ISD1110语音芯片，其单片录放时间10 s，并具有唯一的录音控制和边缘／电平触发两种放音控制，大大提高控制的灵活性。在录放操作结束后，ISD1110自动进入低功耗节电模式，其片内有EEPROM单元信息可在无需后备电源的情况下保存录好的语音信息。

3 系统软件设计
本系统的软件设计部分主要是由以CC2430为核心的MCU的中心协调器组建mesh网络部分、数据处理诊断部分和电话语音报警部分构成。
3．1 系统主程序
主程序流程图如图6所示。

主程序流程主要是MCU进行数据初始化，启动stack组建网络，当网络组建成功后等待其他节点加入网络。如果没有事件触发，系统则进入休眠省电状态；如果有触发事件发生，则进一步判断是否是数据接收事件。如果不是数据触发事件，则进入相应的中断程序进行处理；如果是数据接收事件触发，则进行数据处理诊断，转化成标准的气体浓度，然后通过LCD显示模块显示出来。判断是否达到浓度的预警值，如果达到预警值，则启动语音模块报警。报警结束后继续进入等待事件状态。
3．2 组建网络流程
组建网络的流程图主要是系统设置初始化，通过按键来设置设备的逻辑类型，然后进行系统复位，复位后启动协议栈，判断协议栈是否启动成功，如果启动失败，触发START_EVT事件继续启动协议栈，直到协议栈启动成功，然后把协调器设置成允许其他节点自动加入网络，则建网成功。具体建网流程图如图7所示。

3．3 语音报警流程
报警电路流程首先是系统的初始化，循环计数清0，开始进入监测状态，当浓度达到报警值时，开始模拟摘机，然后判断是否是拨号音，如果不是则继续模拟摘机，是拨号音则开始拨预置的电话号码，拨号循环计数加1，进行延时等待2 s，判断是否有回铃音，没有回铃音继续等待，有则进一步判断对方是否摘机，没摘机则继续等待，当等待时问超过1 min时，刚判断预置电话号码是否播完，如果没有播完则进行拨打下一个电话号码。对方摘机成功则启动语音模块播放录音，然后挂机。具体流程如图8所示。

4 实验过程中的关键点分析
首先，在选择组网过程中，mesh网络功能强大健壮且具有自修复能力，但这是以增加更多冗余路由为代价的，会增大网络的能量消耗以及成本，所以在组建网络的同时，要折衷处理网络成本和网络健壮性。再次，zigBee的功率超低，这对于无线电系统来说是一大优点，因此必须能够对整个系统进行低功耗设计。为了充分优化电源的使用和电池寿命，有必要投入大量的时间去优化功耗，同时应当处理对数据反应时间与电池的寿命进行折衷。最后，为了验证设备的互操作性，往往需要购买ZigBee开发公司不同的产品。在开发期间利用另外一台经过认证的ZigBee系统进行互操作，能够有助于把产品的性能及兼容性做最好的优化。

5 结束语
该系统设计的家用燃气报警系统采用CC2430作为控制器，其内部集成了RF射频、加强型51单片机、A／D转换等，使得系统的整体设计体积小、外围电路简单、降低系统功耗、抗干扰能力强。该系统不仅可以应用于家庭报警，而且易于拓展成智能小区监测平台，有很广阔的市场应用前景。