基于ZigBee技术的无线智能家用燃气报警系统

　　安全防范的报警系统是确保住宅、住户安全的极为重要的途径之一，同时也是数字化家庭的重要组成部分。遇到煤气泄漏等紧急情况时，及时对外报警求助就显得十分必要，成为人们生活中必不可少的部分。

　　本文设计的基于ZigBee技术的无线智能家用燃气报警系统是以CC2430为核心，与电话机网络、语音电路及可燃性气体传感器相结合，通过无线节点的布网，实时监测家用燃气气体浓度来检测是否有可燃性气体泄漏，如果有泄漏并超过安全的范围，通过ZigBee终端节点把数据传到中心协调器，通过微控制器控制电话机模块和语音模块拨打求助电话，通知家人有安全隐患，并且同时将报警信号发送给小区的监控中心。

　　1 系统构成

　　本智能监测系统主要是由ZigBee无线模块、电话机模块、语音模块、数据采集模块，以及LCD显示模块组成。整个系统围绕zigBee模块组网，在整个小区内组建成网状网络。系统工作时，终端的ZigBee节点采用半功能的ZigBee节点设备，主要完成燃气气体浓度的采集及数据的发送。终端节点把数据发送给中间路由或直接发送给中央协调器，协调器会处理诊断传来的数据，如果达到了预先设定好的浓度报警阈值，就会驱动电话网络中的电话机模块拨打预先设定好的电话号码，通过模拟摘挂机的方式驱动语音模块拨打设定好的电话号码，如果电话占线或无人接听还可拨打下一个电话号码，这样连续循环拨打，直到对方摘机。如果对方摘机就会听到预先编录好的语音模块播放的相应的语音。在拨打电话号码的同时，中央处理器也会驱动蜂鸣器报警，如果有人在家的情况下，还可以直接通过按键解除报警，直接看到LCD上的数据显示结果，进而直接采取相应措施。系统总体框图如图1所示。

　　2 系统的硬件设计与实现

　　该系统主要由无线模块、电源模块、数据采集模块、电话机模块、显示模块、蜂鸣报警、语音模块等部分组成。

　　2.1 无线数据传输模块

　　ZigBee技术是一种应用于短距离、低速率下的网络拓扑技术，是基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的。在PHY层，其频段是免费开放的，国内主要应用于2.4 GHz频段，传输距离大约100 m，传输速率大约是250 Kb/s，各个频段均采用直接序列扩频技术。为了避免其他无线通信干扰，采用碰撞避免机制，同时为需要固定带宽的通信业务预留专用时隙，避免了发送数据时的竞争和冲突。ZigBee提供了数据完整性检查功能，具有加密功能，加密算法采用通用的AES-128加密算法。本文采用以CC2430为内核的ZigBee模块，CC2430集成了RF射频模块与加强型的51模块。CC2430有低功耗模式，在没有数据发送的时候，前端节点进入休眠状态，此时的耗电量仅为几十微瓦。有中断挂起时能够很快地传输数据。针对小区的智能安防建设，采用mesh状的拓扑结构，拓扑结构模型如图2所示。Mesh拓扑结构具有自愈能力，安全性和可靠性高，其中的一个节点发生故障时不会影响整个系统工作。可以通过其他冗余路由传输给中心协调器(基站)，从而能够使中心协调器有效地发送控制命令。