ZigBee的多点震动检测系统设计与实现

杨婉琪 迟吉鑫 刘璐瑶

摘   要：该文设计了一种基于Zig Bee技术的多点震动检测系统，系统有一个主节点和多个从节点，使用多片CC2530芯片处理数据。从节点感应震动发生，通过Zig Bee技术将数据发送给主节点，主节点接收数据，进行数据处理并显示每个节点的震动情况，如果有从节点发生震动，进行报警。经测试，该系统反应迅速，可以实现报警功能。

关键词：ZigBee;无线传感器网络;报警模块

中图分类号：TP393 文献标志码：A

中国是世界上大陆强震最多的国家，具有地震强度大、范围广、危险度高等特点。频繁的地震，不仅给我国带来了巨大的经济损失，也对我们的生命造成了威胁。在这种无法预测的灾难面前我们更应该做好防御措施，时刻监测地面震动，以最快的速度做出反应，减少人员伤亡和经济损失。因此设计多点震动检测具有重要的现实意义。

ZigBee的名字来源于蜜蜂之间传递信息的“Z”字形舞蹈，目前已成为IEEE 802.15.4标准的代名词。为了扩大ZigBee产品市场，实现规模化经济，从而推动ZigBee技术的合理和快速发展，由来自全球各地的300多家企业组成ZigBee行业联盟。联盟目前已经汇聚了多个创新机构共同创建ZigBee标准，截至当前，已将此标准应用于数以亿计认证并部署的物联网产品。利用其互操作性和向后兼容的特點，进一步延长ZigBee产品的使用寿命，降低成本。就目前ZigBee技术而言，国内外学者的研究主要集中在应用和信息采集领域。ZigBee标准将网络中的节点分为3种类型：协调器（Coordinator Device）、路由器（Router Device）和终端设备（End Device）。除路由器和终端设备一般采用干电池或者蓄电池来供电外，协调器节点则由稳定电源供电。

1 无线传感器网络

无线传感器网络目前是较为常见的一种通信网络技术，其本质上是一种经过有关静止传感器以及移动传感器，通过自组织、多跳等方式构成的一种无线网络。它可以实现在固定区域内进行数据的采集、预处理、汇总等工作，最终将预处理后的信息传输到网络终端进行分析挖掘等工作。另外， 无线传感器网络属于分布式的传感网络， 它的优势在于可以感知并检查其外部环境状况，进而及时进行相关的反馈。作为无线传感器网络中的重要组成部分，传感器能够通过无线的方式进行组网通信连接， 并且其网络设置上也较为方便、快捷， 不用会受各种约束，因此可以对其设备位置进行随意更改， 当然也可以通过有线的方式连接到互联网上进行数据共享和进一步分析。此网络也是通过无线通信机制建立起的一种多跳自组织网络。综上所述无线传感器网络综合了采集参数、处理参数及传输参数等多个功能。

2 系统结构

系统采用ZigBee无线通信技术传输数据，实现多数据远距离实时传送震动情况。系统整体结构框图如图1所示。

该系统有一个主节点和多个从节点，单片机模块使用多片CC2530芯片处理数据;从节点的CC2530芯片连接震动传感器、LED灯和天线，主节点的CC2530芯片连接显示屏、报警模块和天线。传感器使用SW-420震动传感器采集数据;无线通信模块使用ZigBee技术，ZigBee是一种高可靠的无线数据传播网络，每个ZigBee网络节点不仅可以作为监控对象，还可以自动中转别的网络节点传过来的数据资料。当从节点感应到震动发生时，通过ZigBee技术将数据发送给主节点，主节点将接收到的数据进行数据处理;显示模块显示每个节点的震动情况，如果有从节点所在环境发生震动，报警模块会进行声光报警。

3 系统设计

首先要实现ZigBee无线通信，实现ZigBee通信首先要关闭所有中断，初始化内部系统时钟，检查处理器电压是否正常，初始化I/O，然后配置好协议栈;再调用协议栈的组网函数，加入网络并创建节点。组建网络成功后，LED灯闪烁表示组网通信成功。当从节点发生震动时，通过ZigBee将数据从从节点传输给主节点，主节点接收到数据，显示发生震动并声光报警。当没有震动发生时，也通过ZigBee将数据从从节点传输给主节点，主节点接收到数据，显示没有发生震动，不报警。总流程图如图2所示。

各模块初始化包括显示初始化、报警初始化、传感器初始化、应用初始化;组建ZigBee网络由主节点发起;从节点发送的数据为震动传感器采集到的数据;主节点接收到数据后判断是否有震动产生，并显示判断结果及报警与否。

4 系统调试

采用模块调试，先对每个模块进行调试，实现各自的功能，然后再将它们组合成系统，进行系统调试。

报警模块调试：将报警模块分别连接到主从节点单片机模块，用程序控制各自的LED灯闪烁，并且每一个节点的LED灯闪烁频率不同。报警模块调试成功之后，可以利用报警模块来检测其他模块。

显示模块调试：调试的目的是显示规定的内容，并且字符排列顺序要按规定排列。

传感器模块调试：将传感器模块和从节点单片机模块连接，传感器感应到震动时，从节点的LED灯点亮，不再震动时，LED灯熄灭。

无线通信模块调试：首先要完成单对单的调试，再进行多对单的调试。多对单的重点是识别从节点，这就需要给从节点设置标志位，将标志位存入发送数据中，并发送至主节点，主节点接收从节点发送的数据，通过读取标志位来判断是哪个从节点发送来的数据。多对单调试成功后再完成从节点到主节点的传输距离测试。

5结论

该文设计的多点震动检测系统，不仅能够快速检测到震动发生，还能显示是哪个从节点发生的震动，并实现报警。该系统采用无线通信技术使传输数据安全可靠迅速，可以实现报警，减小伤亡率，具有很高的经济社会价值，应用前景十分广阔。

参考文献

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