基于ZigBee的库房安防系统设计

王丽琴，刘九泽

（1.渤海船舶职业学院，辽宁兴城125105；2.北方联合广播电视网络股份有限公司葫芦岛分公司，辽宁葫芦岛 125000）

随着社会的发展，人们对于库房的安全性要求越来越高，同时随着无线通信技术和智能网络技术的发展，库房智能安防系统也得到迅速发展。库房安防平台以库房的环境控制和环境检测以及安全防范等为主要目标，结合计算机和无线网络以及传感器等技术，利用互联网和无线电网络，实现库房安防系统的智能化、网络化、自动化。

在对国内的安防系统技术发展现状进行深入和细致调研的基础上，结合库房安防系统的需求，提出了一种基于ZigBee通信技术的库房安防系统方案，完成了整个系统硬件和软件的平台设计。系统采用ARM控制器作为核心处理器，利用ZigBee无线网络实现库房可燃气体、火焰、烟雾、温湿度等方面的实时检测，有异常情况时进行报警处理。

1 系统设计方案

本设计采用ZigBee无线网络技术作为智能库房安防系统的组网技术，选取常用的温湿度传感器、人体红外探测器、烟雾报警器及门禁等做为系统的数据采集节点。通过ZigBee终端设备采集数据，利用无线网络将数据发送到ZigBee协调器。选取ARM11开发平台作为主控器，搭载嵌入式Linux操作系统，实现对系统的多线程操作，对串口发送来的数据进行解析和处理，判断分析报警信息，将数据通过socket通信传送给PC上位机，并发出AT报警指令。采用GSM/GPRS短信收发模块作为系统报警的输出，完成对异常情况的报警。系统框图如图1所示。

图1 系统框图

2 硬件平台设计

库房安防系统硬件主要由3部分组成：ARM开发板作为主控器，实现数据的接收、解析、处理等；ZigBee无线网络数据采集终端，主要实现探测器数据的采集及ZigBee协议；GSM/GPRS短信收发硬件模块，主要实现对异常信号的远程报警。

3个部分中以ARM开发板主控制器为核心，ZigBee无线网络数据采集端为辅，结合GSM/GPRS短信收发模块实现远程报警。此外，可在PC机上增加用户的友好界面显示功能。整个系

图2 系统硬件框图

传感器通过I/O与ZigBee设备终端相连，ZigBee实时的采集传感器数据，将采集的数据通过RF射频天线发送给ZigBee协调器。ZigBee协调器收到数据信息后进行简单的处理，通过串口发送给ARM开发平台。ARM处理器对接收到的数据进行解析、判断。如果数据异常时，系统判断属于哪一种异常，是烟雾还是人体红外或是温湿度等。系统首先发出声光报警，再通过串口发送相应的AT指令，通过GSM/GPRS模块将报警信息发送给用户，同时将异常数据通过网络发送到PC端进行显示存储。

本系统中ARM处理器选择三星公司的ARM11内核的S3C6410，支持多种视频编码格式，具有图形的硬件加速功能。飞凌公司的OK6410系列开发板，支持4个串口、2个USB接口、1个网口、3路音频接口及1路的Camera输入接口，另外还支持SD卡、U盘等外部设备，同时具有JTAG接口方便在线调试，满足系统的设计要求。

根据目前市面上ZigBee的解决方案，本系统最终选择以CC2530为核心的无线网络模块。CC2530芯片内部集成了射频模块收发器及8051单片机，并且配备了一个flash存储设备以及8K的RAM。ZigBee设备终端，主要负责传感器数据的采集，具有小巧、便捷的特点，同时具有低功耗特性，本系统中对设备终端采用干电池供电。ZigBee协调器主要负责从ZigBee终端设备中接收数据，通过串口发送给核心处理器。ZigBee协调器的硬件电路与ZigBee设备终端类似，同时增加CC2591提高设备数据的接收与发送距离。

系统采用GSM/GPRS短信收发实现远程报警，GSM/GPRS模块选取SIMCOM公司的SIM300。SIM300与ARM开发板之间通过串口相连。在数据异常时，ARM处理器处理完成后通过串口发出AT指令，GSM/GPRS模块解析AT指令，并给用户发送报警短消息。

3 系统软件设计

根据系统的设计需求，系统软件主要包括4个部分：

ARM控制器软件。接收ZigBee协调器通过串口发送过来的数据；对数据进行解析和判断；通过串口发送AT指令；通过网口向上位机发送数据。

ZigBee模块软件。包括终端设备软件和协调器软件，主要实现数据的采集与传输。

GSM/GPRS模块软件。接收控制器的指令，完成解析，向用户发送报警信息。

PC机软件。主要实现处理器数据的接收及数据显示、存储。

3.1 ARM控制器软件设计

ARM控制器搭载Linux嵌入式操作系统，操作系统选择Ubuntu13.10版本，通过与PC端建立交叉编译环境实现代码的编译。

ARM控制器软件主要实现：通过串口接收ZigBee协调器的数据；对收到的数据进行解析和判断；数据异常时，通过串口向GSM/GPRS发送报警指令；通过TCP/IP协议用socket网络通信向PC发送数据。ARM控制器的软件流程图如图3所示。

图3 ARM控制器软件流程图

3.2 ZigBee模块软件设计

ZigBee模块软件包括设备终端软件和协调器端的软件。采用TI公司的Zstack协议栈进行二次开发，Zstack协议栈考虑到了底层和网络层的内容，用户通过API函数可以轻易地使用Zig原Bee。设备终端软件主要实现传感器数据的采集，将数据通过RF射频天线发送给ZigBee协调器。设备终端软件的流程如图4所示。

图4 ZigBee设备终端软件流程图

ZigBee协调器接收设备终端发送过来的数据，判断是哪一个终端，进行简单的处理。主要实现接收并解析ZigBee设备终端发送过来的数据，同时通过串口将数据发送给主控器。软件流程如图5所示。

图5 ZigBee协调器软件流程图

3.3 GSM/GPRS模块软件设计

GSM/GPRS模块接收ARM处理器发送来的AT指令，解析指令然后发送对应的报警短消息给用户。AT指令采用PDU的编码方式，该部分的软件流程图如图6所示。

图6 GSM/GPRS模块软件流程图

ARM处理器将异常的数据信息通过socket通信发送给PC机，PC机接收后通过界面显示。

4 系统测试

将人体红外传感器和烟雾传感器连接到ZigBee终端，将控制器、ZigBee无线模块、GSM/GPRS模块连接好。靠近烟雾传感器的位置点燃香烟，让烟雾报警器发出警报，手机接收到报警信息。当有人在人体红外传感器前走动时，同样收到报警信息。报警信息图如图7所示。

图7 手机收到的报警信息

5 结论

基于ZigBee的库房安防系统设计，通过ZigBee无线模块、GSM/GPRS及ARM核心控制器组成硬件平台实现了对库房温湿度、易燃易爆气体、火焰和烟雾等不安全因素的方面进行实时检测、处理，进行智能分析，实现了库房安防的智能化。通过测试，基于Zigee的库房安防系统功能正常，同时具有稳定性、及时性和可靠性等方面的特点，达到了系统预期的要求。

参考文献:

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