基于CC2530的大学图书馆机电一体化监控系统的设计

吴攀+曹珍贯

摘 要：针对大学图书馆安全和机电设备方面存在的不足，按现代大学图书馆设计规范标准，提出了采用Zigbee技术构建大学图书馆机电一体化环境安全监控系统的设计方案。新系统对学校档案室的档案资料和纸质图书室重要图书的安全保存和延长寿命，对信息化设备的安全运行及对提高学生查询、阅读效率等起到重要作用。

关键词：大学图书馆 CC2530无线模块 机电一体化 环境安全监控

中图分类号：TK229 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）11（a）-0017-02

针对大学图书馆安全和机电设备方面存在的不足，本文按大学图书馆设计标准规范要求，提出了基于Zigbee CC2530无线模块的大学图书馆机电一体化安全、环境网络监控系统的设计方案，该方案具有较高的安全性、可靠性。当出现灾情时能够做到第一时间报警，同时对档案室资料和纸质图书室图书的安全保存和延长寿命，对机房信息化设备的安全运行及对提高学生的查询、阅读效率方面将会起到重要作用。

1 设计要求

图书馆和档案室机电一体化的安全、环境网络监控系统的设计，重点是在强化安全和安全管理的基础上，尽量作到设备配置科学化、环境绿色友好人性化和技术水平现代化，同时系统应具有实用、可靠和较高的性价比，严格按照设计规范标准配置机电和安全设备，主要体现在以下几个方面。

（1）档案室的档案资料和纸质图书室中的重要藏书，需要在科学合理的温湿度环境下才能长期保存。常保持相对湿度50%～60%RH以及10℃～18℃的温度环境可以防止资料虫蛀、变质，需配置空调机、除湿机、烟雾报警和漏水报警、短信电话报警，并实现自动控制功能。

（2）机房是网络信息化设备集中场所，需保持适当的温度，可控制在22℃左右，需配置空调器、掉电报警、烟雾报警器和短信电话报警。

（3）阅览室按人性化的设计要求，读者需要有一个适宜的阅读环境。即环保、绿色和无污染的环境，宜人的温度和舒适无污染的环境，可以充分发挥阅读者的智商和潜能，阅览室除必要的绿色配置外，通常应配置排气扇、空调器、烟雾报警和短信电话报警等装置。

2 硬件设计

系统结构为集散型无线网络化结构，包括上层监控中心和下层结点监控单元两部分，采用Zigbee技术的无线网络进行数据传输，克服了传统的RS-485穿墙安装布线的麻烦。选择合适的Zigbee无线模块，无需无线中继器即可满足数据传输的距离要求，同时具有较高的数据传送速度和数据信息传输的可靠性。

2.1 Zigbee无线模块选择

选择北京泰格瑞德科技有限公司研发生产的Zigbee CC2530无线模块作为上下位机的无线收发模块，它可以直接与单片机或处理器相连，采用即插即用方式透明的实现设备间的无线数据传输。工作在2.4GHz开放的无线工作频段，传输距离可达1000m，能够满足系统的数据传送距离要求，同时具有永远在线，可靠性高，价格便宜，特别适用于布线或线路维护不便，需频繁传送大流量数据的场合应用。

2.2 监控中心组成

监控中心主要有工控PC机、显示器、打印机、CC2530无线模块等，PC机通过RS232串口和CC2530无线模块相连，还可以通过交换机和学校局域网相连，构成多层网络系统。监控中心实现与各无线终端的数据交互，包括各无线终端的参数设定，实时检测数据的上传、处理、入库与浏览，当有报警信息产生时，及时通过电话与短信向责任人发出报警信息。监控中心同时配备WEB服务器，构建WEB远程访问系统，使各项数据可以利用WEB浏览器进行远程访问。

2.3 下层节点监控单元

下层节点监控单元由以AT89C52单片机为核心的监控模块、CC2530无线模块和I/O设备组成。节点监控单元按输入输出设备配置不同分为：普通型和专用型两种。其最大外围配置有：MQ2烟雾传感器、AM2301温湿度传感器、电源/漏水开关传感器、空调器、风扇、除湿器、EX-2语音拨号报警器和CC2530无线模块。这些设备均和单片机的端口的一位I/O线相连接，除此还有LCD1602显示器占用P0口和三位I/O线，用于实时显示温湿度值，CC2530无线模块和单片机的串行口相联。

3 软件设计

本系统软件包括下层节点监控单元软件设计和上位机监控系统软件设计两部分。

3.1 网络协议

为了保证数据通信的可靠性，PC机和下位机必须遵循相同的通信协议，才能保证数据可靠发送和接收，该系统采用异步帧格式：8位数据位、1位停止位、无奇偶校验，检纠错采用校验和方式，波特率为9600bps。

3.2 下层节点监控单元软件设计

下层节点监控单元软件主要由主函数、温湿度监测函数、1062显示温湿度函数、专用配置程序函数、延迟2000ms函数、串行中断函数和数据回送函数组成，各函数的功能如下。

主函数功能：定时调用温湿度监测函数、1062显示是温湿度函数和条件调用专用配置程序函数。

温湿度监测函数功能：按时序要求实时监测温湿度值，将实测值与设定值进行比较，并控制空调与加湿器，使温湿度保持在设定值的范围之内。

液晶显示功能：利用1062显示函数，实时显示温湿度值。

专用配置程序函数功能：按条件采集、处理数据和执行专用型监控模块单元命令的相关程序。

串行中断函数功能：运行时串行口一直处在中断接收状态，接收上位机发送的命令数据，根據命令执行相关的程序。

数据回送函数功能：按上位机发送的命令向上位机回送定长数据。

3.3 上位机监控系统软件

根据大学图书馆、档案室设计规范，该系统应具有：对安全环境参数实时检测、显示功能；温湿度实时数据及历史数据保存与报表生成功能。数据除能够在服务器端进行浏览查询外，还必须能在学校各个终端进行浏览和查询等功能。按以上要求系统上位机软件设计采用B/S架构。

B/S构架的Server端，软件包括初始化程序、数据发送和接收程序、数据处理程序及数据库数据维护、查询、打印程序等。系统要求实时数据及历史数据能够在学校局域网内所有终端上随时调阅，因此Web浏览器程序设计是本系统中的又一重要的环节，整个Web程序的组成和Server端的程序基本一样，只是没有了上下位机的通信环节。因此Web浏览器程序主要由以下几个部分构成：用户登陆及管理、实时显示、历史数据查询、历史数据曲线、历史数据删除、参数设置等。

4 结语

本文根据现代化大学图书馆设计规范要求，对学校图书馆、档案室原有的机电设备和安全设备进行了梳理和整合，强化了安全设备配置和管理，并对多个系统进行了综合集成和优化，采用Zigbee无线网络技术设计的机电一体化环境、安全网络监控系统。新系统具有明显的技术优势和很强的实用性，扩展便利。下层节点监控单元既可以联网运行也可以脱网运行。下位节点模块的单片机通过了Proteus仿真和和Kell的联调以及上位机的监控软件调试，结果表明能够满足设计的所有功能，在学校图书馆、档案馆环境安全系统改造中具有广泛的应用前景。

参考文献

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