徐 敏 ， 汪 菊

（安徽國(guó)防科技職業(yè)學(xué)院城市建設(shè)學(xué)院，安徽 六安 237011）

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，新技術(shù)、新材料、新工藝不斷應(yīng)用于消防安全系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中，其中物聯(lián)網(wǎng)消防技術(shù)為創(chuàng)新消防安全管理工作模式提供了有效途徑。但傳統(tǒng)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使用的有線傳感器有一定的弊端，當(dāng)火災(zāi)到來(lái)時(shí)，會(huì)發(fā)生斷電斷網(wǎng)現(xiàn)象，使火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)了大量的盲區(qū)，給火災(zāi)報(bào)警和逃生帶來(lái)很大的困難。本研究成果采用先進(jìn)的無(wú)線傳感器和基于CC2530芯片的物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)技術(shù)組成完善的無(wú)線監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，附加了傳統(tǒng)消防系統(tǒng)中缺少的自動(dòng)化逃生系統(tǒng)，有利于保障逃生人員的生命安全。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 CC2530概述

CC2530是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE應(yīng)用的一個(gè)真正的片上系統(tǒng)（SoC）解決方案。CC2530是最早用在無(wú)線組網(wǎng)里面，與CC2430相比[1]，CC2530在發(fā)射功率、鏈路預(yù)算、射頻噪聲抑制能力、低功耗以及ESD防護(hù)能力等方面都有較大的提升，具體如表1所示。與藍(lán)牙或者WIFI[2]相比，藍(lán)牙和WIFI功耗較大而且開(kāi)發(fā)難且不穩(wěn)定，組網(wǎng)也復(fù)雜。與低功耗的NB、loRa[3]相比，NB、loRa傳輸數(shù)據(jù)量較小，目前全國(guó)基站基本沒(méi)有，所以普及慢且難。同時(shí)，CC2530包括許多不同的外部設(shè)備，可以進(jìn)行高級(jí)應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)。

1.2 Cortex-A9核心處理器

系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用智能安防主機(jī)處理信息，智能安防主機(jī)采用ARM系列Cortex-A9核心處理器，系統(tǒng)運(yùn)行Android系統(tǒng)，起到整個(gè)處理中心的大腦作用，將所有的數(shù)據(jù)采集顯示在安卓系統(tǒng)智能安防主機(jī)7寸顯示器中，主要由智能安防主機(jī)Cortex-A9核心處理器通過(guò)串口2與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器進(jìn)行串口通信。

1.3 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器

系統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器主要采用升級(jí)CC2530單片機(jī)（增強(qiáng)型51），進(jìn)行與傳感器無(wú)線組網(wǎng)的功能，將ZigBee轉(zhuǎn)發(fā)器無(wú)線節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)通過(guò)ZigBee無(wú)線形式收集過(guò)來(lái)，并通過(guò)串口轉(zhuǎn)發(fā)給智能安防主機(jī)。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用獨(dú)立開(kāi)發(fā)的適用于Android系統(tǒng)的APP軟件，軟件主要用于火災(zāi)報(bào)警警示，同時(shí)可用于智能規(guī)劃逃生路線，在系統(tǒng)搭建完成后，軟件增加開(kāi)放的代碼，可便于用戶因地制宜增加新的功能。

表1 CC2530特征、無(wú)線性能、功耗一覽表

3 系統(tǒng)整體方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)將無(wú)線傳感器與CC2530芯片的物聯(lián)網(wǎng)云平臺(tái)結(jié)合，通過(guò)按動(dòng)無(wú)線傳感器上SW1按鍵，系統(tǒng)進(jìn)入工作，無(wú)線傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，同時(shí)無(wú)線傳感器將數(shù)據(jù)信息通過(guò)基于CC2530的Zigbee無(wú)線傳輸給主機(jī)協(xié)調(diào)器；主機(jī)協(xié)調(diào)器再通過(guò)串口，將接收到的傳感器的數(shù)據(jù)信息傳輸給A9網(wǎng)關(guān)，在這個(gè)過(guò)程中，A9網(wǎng)關(guān)將通過(guò)串口接收到的傳感器數(shù)據(jù)信息進(jìn)行解析，將需要顯示的內(nèi)容通過(guò)界面和手機(jī)端顯示出來(lái)。系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

4 系統(tǒng)火焰?zhèn)鞲衅鲗?shí)驗(yàn)?zāi)M

4.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

采集火焰?zhèn)鞲衅鞯臄?shù)據(jù)，通過(guò)串口打印到串口終端上。

4.2 實(shí)驗(yàn)條件

1）在用戶PC上（Microsoft Windows XP以上系統(tǒng)平臺(tái)）正確安裝IAR Embedded WorBench for MCS-51 V7.60A集成開(kāi)發(fā)環(huán)境；

2）ZigBee傳感器底板一個(gè)(插有FANTAI_CC2530模塊)；

3）FANTAI-CC Debugger多功能仿真器/調(diào)試器1個(gè)；

4）火焰?zhèn)鞲衅鳌?/p>

4.3 實(shí)驗(yàn)原理

火焰監(jiān)測(cè)模塊主要是用來(lái)實(shí)時(shí)感應(yīng)環(huán)境中的火焰程度，若當(dāng)前環(huán)境中有火時(shí)則火焰模塊會(huì)檢測(cè)到有火，就會(huì)輸出高電平?；鹧娑O管為R4，光敏電阻根據(jù)光強(qiáng)度的變化改變電阻的阻值，通過(guò)LM393AD電壓比較器芯片，對(duì)基準(zhǔn)電壓比較，輸出高低電平。

4.4 實(shí)驗(yàn)步驟

4.4.1 連接硬件

如圖2所示，把火焰?zhèn)鞲衅?、ZigBee底板、CC2530模塊、ccdebugger調(diào)試器、串口電源連接在一起。

圖2 硬件組裝成品圖

打開(kāi)電源供電，將ccdebugger使用USB方口線與電腦連接。由于ccdebugger給CC2530底板供電，在串口通信時(shí)需要的電流大，底板需要外接DC供電電源。

4.4.2 打開(kāi)軟件程序，編寫相應(yīng)代碼

根據(jù)電路原理圖，在采集傳感器數(shù)據(jù)時(shí)不斷判斷P2_0口的電平值，輸入代碼，結(jié)果如圖3所示。

圖3 輸入代碼展示圖

4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

打開(kāi)串口調(diào)試工具，設(shè)置串口助手波特率57600，0.8.1，不需要十六進(jìn)制顯示，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

圖4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

5 系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)

5.1 系統(tǒng)搭建

系統(tǒng)采用智能安防主機(jī)顯示器、智能安防主機(jī)Cortex-A9核心處理器、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器、86型智能強(qiáng)電插座、聲光報(bào)警器[4]、ZigBee轉(zhuǎn)發(fā)器、無(wú)線燃?xì)馓綔y(cè)器、無(wú)線煙霧探測(cè)器、緊急逃離疏散指示燈、攝像頭、緊急按鈕、燃?xì)忾y、安全出口指示牌搭建實(shí)驗(yàn)樣品，如圖5所示，并通過(guò)在采集系統(tǒng)上焊機(jī)節(jié)點(diǎn)確保系統(tǒng)運(yùn)行正常。

圖5 系統(tǒng)安裝實(shí)物圖

5.2 手機(jī)端測(cè)試

手機(jī)端采用Android的軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境eclipse來(lái)完成功能開(kāi)發(fā)，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中通過(guò)Android網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)與強(qiáng)電繼電器之間的關(guān)聯(lián)操作[5-6]。即當(dāng)采集小于界限時(shí)，打開(kāi)強(qiáng)電繼電器。采集大于界限時(shí)，關(guān)閉強(qiáng)電繼電器等類似的關(guān)聯(lián)操作。手機(jī)端能接收?qǐng)?bào)警信號(hào)，用戶點(diǎn)擊確認(rèn)后，系統(tǒng)通過(guò)內(nèi)置算法自動(dòng)規(guī)劃出逃生路線。如圖6所示。

圖6 手機(jī)端報(bào)警部分功能展示

6 結(jié)語(yǔ)

系統(tǒng)搭建實(shí)驗(yàn)顯示：當(dāng)出現(xiàn)火情時(shí)，客戶端和手機(jī)端均能接收到信號(hào)并給出提示，同時(shí)手機(jī)端通過(guò)內(nèi)置算法顯示地圖方便逃生，通過(guò)CC2530無(wú)線協(xié)調(diào)器能確保整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。