一种基于ZigBee的分布式井盖监控系统

存，工作频率为2.4 GHz，通信距离可以达到100 m，具有不同的运行模式，尤其适应超低功耗要求的系统。

3.1.2 光敏传感器

光敏传感器采用光敏二极管，光敏二极管响应范围适用于可见光范围，红外光全截止，频谱范围近似人眼。通过ZigBee控制器的A/D模块采集光敏二极管上面的光线强度，当井盖损坏或被盗后，光敏二极管检测光线发生变化从而报警。气体传感器采用MH-440V/D红外气体传感器，通过测定气体成分的吸光度，就能测定气体成分的浓度，气体传感器主要负责检测下水道沼气是否超标。

3.1.3 GPRS模块

GPRS模块选用SIM900A模块，该设备采用高性能处理器，内嵌TCP/IP协议栈，保证数据可靠传输。GPRS模块主要负责接收井盖报警器传来的报警信息和井盖编码信息，并通过GPRS电路将其转发到具有固定IP地址的Web数据库服务器中，实现报警数据的上传。同时，发送短信给维修人员，实现及时维修和处理。

3.2 系统软件设计

3.2.1 系统工作流程

ZigBee井盖报警系统的工作流程如图3所示。ZigBee井盖报警器正常工作状态时处于休眠状态，当光线和气体检测超出告警阈值时，唤醒ZigBee控制器，读取井盖基本信息并进行ZigBee网络的无线传输，将数据传递给网络中邻近的节点，最后传输给嵌入式网关进行处理。嵌入式网关控制GPRS模块将信息发送给Web服务器，同时发送报警短信给维修人员，Web服务器通过数据库将信息存储。

3.2.2 ZigBee协调器

ZigBee网络协议采用TI公司的Z-STACK，协议栈为ZigBee 2007。ZigBee 2007是ZigBee联盟开发的一种低成本、极低功耗的双向无线通信标准，是TI公司专门为CC2530芯片设计的协议栈。本系统协议设备以协调器和路由器为主，软件设计主要包含协调器节点软件和路由器节点软件。

ZigBee协调器的软件流程图如图4所示，ZigBee网络启动时会进行设备初始化，通过协调器设置网络唯一的PAN ID，设置协调器的地址。进入信道扫描阶段，判断现在是否有相同PAN ID的网络，如果存在的话就选择现有协调器节点发送入网请求。如果不存在网络，协调器在信道扫描成功后会排列信道，并选择出最优通道，确定网络ID，建立网络。网络建立好以后，协调器会进入无线侦听的阶段，如果有新设备节点加入网络，协调器会按顺序给其分配网络地址。如果有串口数据接收，协调器会进入处理串口数据的阶段，主要负责嵌入式网关发送的控制命令。

3.2.3 ZigBee路由器

报警系统中的井盖报警器作为ZigBee网络中的路由器，主要负责报警数据采集和中继传输。通过配置CC2530的ADC控制器开始数据的采集，设置A/D转换的速率和读取数据时间间隔。路由器的软件流程图如图5所示，路由器节点上电后进行软硬件的初始化，扫描网络是否存在，选择符合的PAN ID网络加入，成为网络中的子结点。

路由器加入网络后处于休眠状态，当有告警中断产生时，唤醒CPU并进入中断处理函数，中断处理主要包含对数据的采集和发送，将报警器的传感器数据采集打包发送到父节点中，完成后退出中断进入休眠状态。

结语

本文基于ZigBee网络实现井盖报警器的分布式布控，达到实时监控和主动预警。结合GPRS无线通信的特点和优势，设计了与互联网融合的智能报警系统。通过Web服务器可实现对城市井盖的远程监控，并通过数据库完成了数量庞大的井盖信息存储。该系统利用ZigBee网络覆盖范围广、低功耗、传输稳定的特点，达到了井盖防盗的自动化，让井盖丢失带来的各种隐患问题得以解决，在井盖防盗领域具有广阔的应用前景。