李妤薇

【摘要】 本文以現(xiàn)代通信建設(shè)中遠(yuǎn)程機(jī)房環(huán)境監(jiān)測為對象，設(shè)計了一套基于ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程機(jī)房環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)。該項研究內(nèi)容可以彌補(bǔ)目前一些遠(yuǎn)程機(jī)房進(jìn)行有線監(jiān)控的不足，具有一定的參考價值和現(xiàn)實意義

【關(guān)鍵詞】 ZigBee 無線傳感器網(wǎng)絡(luò) 環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

一、引言

隨著我國現(xiàn)代通信業(yè)的快速發(fā)展，通信機(jī)房的設(shè)計與建設(shè)逐漸趨于科學(xué)化，并對無人值守遠(yuǎn)程機(jī)房的環(huán)境與設(shè)備監(jiān)測提出了智能化要求。針對遠(yuǎn)程機(jī)房環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的特點，本文采用ZigBee技術(shù)研究構(gòu)建一個無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程機(jī)房內(nèi)溫濕度、空調(diào)運行狀況、消防煙感、紅外入侵、門禁電磁鎖控制和電源系統(tǒng)等綜合環(huán)境監(jiān)測。

二、系統(tǒng)設(shè)計要求

該系統(tǒng)主要實現(xiàn)遠(yuǎn)程機(jī)房的物理環(huán)境和設(shè)備運行情況監(jiān)測，要求獨立于機(jī)房內(nèi)其他通信設(shè)施。由于機(jī)房內(nèi)通信設(shè)備均采用有線通信方式，因此可以采用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)作為系統(tǒng)解決方案，不存在通信干擾。數(shù)據(jù)采集終端要求使用獨立供電系統(tǒng)，作為低功耗的ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備可以滿足自帶電源模塊的要求。傳感器網(wǎng)絡(luò)收集的信息，通過上位機(jī)采用有線方式傳送給監(jiān)控中心主機(jī)，可以使用通信機(jī)房內(nèi)自有傳輸資源以降低成本。

三、系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)由遠(yuǎn)程機(jī)房和中心機(jī)房系統(tǒng)兩部分組成，遠(yuǎn)程機(jī)房內(nèi)系統(tǒng)包括ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)及上位機(jī)，中心機(jī)房內(nèi)系統(tǒng)包括監(jiān)控主機(jī)和聲光報警裝置，兩個系統(tǒng)通過自有E1傳輸線路（2M）連接。

1）系統(tǒng)構(gòu)成

在基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，離散分布的眾多傳感器之間根據(jù)ZigBee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)相互協(xié)同工作以完成通信，網(wǎng)絡(luò)中的傳感器僅需要很少的能量便可以以接力的方式通過無線電波將數(shù)據(jù)從一個節(jié)點傳到另一個節(jié)點。這些節(jié)點有的是信息采集節(jié)點，有的是每個工作組的信息匯聚節(jié)點，同時還包括一個ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點（即集中采集器，IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)中稱為PAN協(xié)調(diào)器）。

整個遠(yuǎn)程機(jī)房環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)采用層次型結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，最上層是中心機(jī)房監(jiān)控主機(jī)，往下依次是遠(yuǎn)程機(jī)房上位機(jī)和ZigBee無線傳感網(wǎng)，屬于樹形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。具體設(shè)備有：第一層的監(jiān)控中心監(jiān)測主機(jī)、第二層的上位機(jī)（連接中心機(jī)房監(jiān)控主機(jī)和ZigBee網(wǎng)絡(luò)的主節(jié)點）、第三層的ZigBee主節(jié)點（即協(xié)調(diào)器設(shè)備，它充當(dāng)集中采集器的角色）、第四層（底部）的路由器節(jié)點（PAN協(xié)調(diào)器）和各傳感器終端節(jié)點。

2）網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

該系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下圖1所示。

在網(wǎng)絡(luò)中，協(xié)調(diào)器（Coordinator）負(fù)責(zé)建立網(wǎng)絡(luò)、發(fā)送控制命令，路由器（Router）和終端節(jié)點（EndDevice）加入網(wǎng)絡(luò)，周期性地采集溫濕度、各類電壓/電流值發(fā)送給協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器通過RS-232串口與上位機(jī)相連，把ZigBee網(wǎng)絡(luò)采集到的遠(yuǎn)程機(jī)房環(huán)境數(shù)據(jù)、設(shè)備運行狀態(tài)信息發(fā)送給上位機(jī)。在ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)中，各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間在IEEE 802.15.4/ ZigBee網(wǎng)絡(luò)協(xié)議框架下進(jìn)行無線通信，要求天線的輻射方向為全向。系統(tǒng)工作原理如下圖2所示。

四、硬件組成

該系統(tǒng)由ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)和外圍設(shè)備組成。ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)節(jié)點根據(jù)功能劃分為三部分：數(shù)據(jù)處理模塊、數(shù)據(jù)傳輸模塊、傳感器模塊和電源模塊，如圖3所示。其中，數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊使用完全兼容8051內(nèi)核和ZigBee2006協(xié)議棧的CC2430芯片；傳感器模塊包括溫濕度傳感器、熱釋電紅外傳感器、電壓傳感器；電源模塊則采用低功耗、低電壓工作的芯片來降低硬件電路的耗電量。外圍設(shè)備主要起到接入ZigBee網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程傳輸和集中監(jiān)控的作用。

五、結(jié)語

本文對ZigBee技術(shù)應(yīng)用于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程機(jī)房環(huán)境監(jiān)測進(jìn)行的研究與設(shè)計，契合了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的要求，具有一定現(xiàn)實意義和實用價值。ZigBee技術(shù)屬于新興近距離無線通信技術(shù)，隨著其硬件和協(xié)議棧的不斷推陳出新，未來將會有更豐富的相關(guān)應(yīng)用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]王小強(qiáng)，歐陽駿，黃寧淋.ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與實現(xiàn)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.5

[2]姚亞洲，吳棟，韓冰.基于ZigBee技術(shù)的電能檢測系統(tǒng)設(shè)計[J].南京師大學(xué)報（自然科學(xué)版），2013（2）

[3]ZigBee Specification[EB/OL].http：//www.ZigBee.org/Specifications.aspx