程麗妮，張建強(qiáng)，楊 標(biāo)，喻偉闖

（1.湖北民族學(xué)院 信息工程學(xué)院，湖北 恩施 445000；2.湖北民族學(xué)院 科技學(xué)院，湖北 恩施 445000）

目前，建筑中用電設(shè)備間大多數(shù)采用物理連線的方式，對(duì)樓宇電源開斷的控制依賴于人工操作的方式。當(dāng)房間無人使用或者突發(fā)安全狀況時(shí)，只能人工手動(dòng)斷電，電路出現(xiàn)故障時(shí)無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)也不易檢修[1]。為保證公共用電的節(jié)能性、安全性，設(shè)計(jì)了一套基于ZigBee技術(shù)的集檢測(cè)、控制和保護(hù)為一體的多參數(shù)、低成本的樓宇管理系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)將無線通信與視頻監(jiān)測(cè)、電源控制技術(shù)相結(jié)合，可以通過網(wǎng)頁客戶端實(shí)時(shí)監(jiān)控樓棟中各處的情況，一鍵式控制電源開斷。同時(shí)，可以感知電路中的異常電流波動(dòng)，出現(xiàn)異常自動(dòng)斷電并向后臺(tái)報(bào)警告知異常位置，實(shí)現(xiàn)樓棟用電設(shè)備的實(shí)時(shí)管理、定點(diǎn)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控[2]，節(jié)省了大量人力成本。

1 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)通過終端節(jié)點(diǎn)將采集到的傳感器檢測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)送給協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器與WiFi模塊交互，將數(shù)據(jù)匯總發(fā)送到服務(wù)器，管理人員通過管理客戶端實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)樓棟內(nèi)用電情況并及時(shí)處理。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框

電路分支中安裝有霍爾電流傳感器，CC2530芯片內(nèi)部12位高精度AD采樣功能模塊對(duì)傳感器檢測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，判斷其是否處于高負(fù)荷狀態(tài)，若電路存在危險(xiǎn)則立即切斷電源，并根據(jù)節(jié)點(diǎn)位置確定故障出現(xiàn)范圍。本系統(tǒng)安裝有USB攝像頭，通過RT5350WiFi模塊將其采集的視頻信號(hào)傳輸至控制端。管理人員可通過軟件界面查看樓宇狀況，并能一鍵開關(guān)設(shè)備。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

終端節(jié)點(diǎn)使用﹢5 V供電，霍爾傳感器用于檢測(cè)電路中的電流波動(dòng)情況，檢測(cè)到的數(shù)據(jù)通過終端節(jié)點(diǎn)傳給處理器進(jìn)行處理分析是否超過閾值，超過閾值則給終端節(jié)點(diǎn)下發(fā)斷電命令，控制繼電器斷開該部分電源，并將故障地點(diǎn)返回控制端。以此保證用電安全，提高檢修效率。其中共包含以下幾個(gè)部分。

2.1 主控芯片CC2530

CC2530采用增強(qiáng)版8051內(nèi)核，特點(diǎn)在于具有強(qiáng)大的5通道DMA、IEEE802.5.4MAC定時(shí)器、IR發(fā)生電路、具有捕獲功能的32 kHz睡眠定時(shí)器、硬件支持CSMA/CA、8路輸入和可配置分辨率的12位ADC、電池監(jiān)控器和溫度傳感器等[3]?？纱罅繎?yīng)用于家庭樓宇自動(dòng)化、照明系統(tǒng)、工業(yè)自動(dòng)化，低功耗無線傳感網(wǎng)絡(luò)等方面。

2.2 故障檢測(cè)模塊

在本設(shè)計(jì)中終端節(jié)點(diǎn)連接霍爾電流傳感器，該傳感器基于磁平衡式霍爾原理，電流通過主回路時(shí)，原邊回路有一被測(cè)電流，將產(chǎn)生磁通，此時(shí)復(fù)邊補(bǔ)償線圈通過的電流所產(chǎn)生的磁通會(huì)對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)償，使其保持磁平衡，霍爾器件則始終處于檢測(cè)零磁通的狀態(tài)[4]。其中被測(cè)電流的任何變化都會(huì)破壞這一平衡，一旦磁場(chǎng)失去平衡，霍爾器件就有信號(hào)輸出[5]。

2.3 繼電器電路

本設(shè)計(jì)中繼電器起到控制電路接通關(guān)斷的作用，繼電器受到終端節(jié)點(diǎn)的控制，通常繼電器接常閉接口，此時(shí)繼電器與電路短接，當(dāng)出現(xiàn)過流情況或通過遠(yuǎn)程控制時(shí)，終端節(jié)點(diǎn)給繼電器一個(gè)高電平觸發(fā)使其與電路斷開連接，以此切斷該部分用電。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括通過ZigBee數(shù)據(jù)傳輸，視頻傳輸以及控制端管理軟件的開發(fā)。

采集的原始數(shù)據(jù)通過ZigBee協(xié)議進(jìn)行傳輸，處理器將數(shù)據(jù)與設(shè)定閾值進(jìn)行對(duì)比，異常則彈出警告窗口。通過匹配發(fā)送信息節(jié)點(diǎn)標(biāo)號(hào)確定異常區(qū)域，進(jìn)而斷開該部分電源，等待維修。同時(shí)通過控制端可遠(yuǎn)程查看樓棟各處監(jiān)控視頻。軟件程序設(shè)計(jì)的流程如圖2所示。

圖2 程序設(shè)計(jì)流程

3.1 ZigBee數(shù)據(jù)傳輸

采用ZigBee協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線傳輸，無線傳感網(wǎng)絡(luò)由中心節(jié)點(diǎn)和普通節(jié)點(diǎn)組成，普通節(jié)點(diǎn)與傳感器相連。當(dāng)一個(gè)FFD被激活后，如果網(wǎng)絡(luò)中不存在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，則開始組建自己的網(wǎng)絡(luò)，其他設(shè)備加入其組建的網(wǎng)絡(luò)。在整個(gè)無線傳感網(wǎng)絡(luò)中，采取主機(jī)輪巡查問和突發(fā)事件報(bào)告的機(jī)制，當(dāng)主機(jī)發(fā)送查詢命令后，傳感器節(jié)點(diǎn)給主機(jī)回發(fā)采集數(shù)據(jù)[6]。

3.2 視頻傳輸

我們利用USB攝像頭采集視頻數(shù)據(jù)，然后視頻數(shù)據(jù)通過RT5350芯片對(duì)其進(jìn)行初步處理傳到以太網(wǎng)。首先對(duì)待傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮編碼，當(dāng)客戶端發(fā)送請(qǐng)求后，服務(wù)器端將視頻數(shù)據(jù)通過WiFi網(wǎng)絡(luò)返回給客戶端[7]。網(wǎng)絡(luò)通信校驗(yàn)部分基于HTTP通信協(xié)議，需先比對(duì)IP地址和端口號(hào)來獲取視頻數(shù)據(jù)，然后使用WiFi網(wǎng)絡(luò)將視頻數(shù)據(jù)傳送到遠(yuǎn)端的接收設(shè)備[7]。

3.3 控制端軟件開發(fā)

本設(shè)計(jì)采用Visual C++6.0運(yùn)用MFC進(jìn)行界面菜單和對(duì)話框的設(shè)計(jì)，在MFC中，對(duì)資源的操作通常都是通過一個(gè)與資源相關(guān)的類來完成的。因此需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)類與要調(diào)用的子對(duì)話框相關(guān)聯(lián)（或者也可以選擇程序中已有的一個(gè)類與之相關(guān)聯(lián)）[8]：

CTanChuDlg*pdlg=newCTanChuDlg（）；

pdlg-＞Create（CTanChuDlg::IDD，this）；

pdlg-＞ShowWindow（SW_SHOW）；

將按鈕的背景位圖通過添加對(duì)話框背景的方式導(dǎo)入資源視圖，然后給按鈕添加背景圖片，制作出界面的應(yīng)用圖片，依照程序及MFC界面的不同功能進(jìn)行圖片的反復(fù)定位[8]。通過以上的基礎(chǔ)工作，整合實(shí)現(xiàn)了軟件界面的設(shè)計(jì)，應(yīng)用界面如圖3所示。

圖3 應(yīng)用界面

4 結(jié)語

本系統(tǒng)采用電腦控制端進(jìn)行顯示，界面中實(shí)時(shí)顯示各樓層是否用電以及用電情況，并提供視頻查看入口，當(dāng)出現(xiàn)人走未斷電的情況時(shí)可遠(yuǎn)程控制其斷電。本設(shè)計(jì)充分發(fā)揮了ZigBee設(shè)備低成本、低功耗、體積小的優(yōu)勢(shì)，使用節(jié)點(diǎn)覆蓋整個(gè)樓棟，采集各點(diǎn)用電信息，實(shí)現(xiàn)了用電設(shè)備實(shí)時(shí)控制，電路故障區(qū)域的鎖定功能，并利用節(jié)點(diǎn)間的無線傳輸性能實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集與分析，及時(shí)控制電路通斷，確保了用電安全。