馮秀娟
摘?要:為了解決建筑常規(guī)應(yīng)急照明時常存在的浪費電源、電池壽命短的問題,基于ZigBee技術(shù)提出智能應(yīng)急照明系統(tǒng),將光照及溫度傳感器與CC2430芯片作為核心,建立無線網(wǎng)絡(luò)以發(fā)送、接收數(shù)據(jù)。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)可實時采集系統(tǒng)溫度,可智能化控制采集數(shù)據(jù)與收到的命令。
關(guān)鍵詞:智能應(yīng)急照明系統(tǒng);溫度傳感器;光強傳感器;路由器
建筑常規(guī)應(yīng)急照明系統(tǒng)存在能源浪費、電池過充過放等問題,對應(yīng)急燈使用壽命造成影響,不能實現(xiàn)遠程控制,不具備火災(zāi)預(yù)警功能?;赯igBee技術(shù)建設(shè)智能應(yīng)急照明系統(tǒng),可實現(xiàn)對建筑應(yīng)急照明系統(tǒng)的智能化控制,經(jīng)測試證實其具有一定可行性,具體如下。
一、總體方案設(shè)計
智能應(yīng)急照明系統(tǒng)的架構(gòu)見圖1。
光強采集芯片、溫度采集芯片及CC2430ZigBee芯片構(gòu)成核心控制板,將核心控制板嵌入照明燈。網(wǎng)絡(luò)可采集照明燈工作狀態(tài)、環(huán)境狀態(tài)等信息。區(qū)域路由節(jié)點支持數(shù)個照明燈節(jié)點加入并傳輸數(shù)據(jù)信息,協(xié)調(diào)器接入所有區(qū)域的路由器節(jié)點,匯總信息并簡單分析、總結(jié),之后將信息傳輸至上位機,上位機系統(tǒng)對信息進行分析后即可掌握各區(qū)域的應(yīng)急照明燈節(jié)點位置、附近火災(zāi)情況等[1]。
二、系統(tǒng)實現(xiàn)
1.硬件設(shè)計
1.1 數(shù)據(jù)采集模塊
無線收發(fā)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊組成了該模塊。該模塊可以采集照明燈自身、環(huán)境信息,能實現(xiàn)對燈狀態(tài)的控制。
光強傳感器芯片為TSL2561,其特點在于可編程、配置靈活、功耗低、量程寬(0-40000lux),其對光照強度進行判斷控制應(yīng)急照明燈,當(dāng)正常供電或停電但外部光線條件較好的情況下不發(fā)光,只有在停電且外部光線條件較差的情況下發(fā)光,從而節(jié)省電能消耗。溫度傳感器可以通過數(shù)據(jù)線供電。兩個傳感器由于對工作電壓沒有特殊要求,電池、電源經(jīng)過相應(yīng)處理就可以使用。
電壓采集電路為CC2430芯片,可以實時采集電池的電壓,電壓采集電路的作用在于檢測有電、停電情況下的電池電壓,對電池充放電進行控制。
1.2 無線收發(fā)模塊
無線收發(fā)模塊由各種電路、存儲單元構(gòu)成。系統(tǒng)對數(shù)據(jù)量要求不高,因此不增加其他MCU,將CC2430芯片內(nèi)部的8051芯片作為節(jié)點控制器。結(jié)合應(yīng)急燈內(nèi)部特性及CC2430芯片的特點,無線收發(fā)模塊包括復(fù)位電路、狀態(tài)檢測電路、電容濾波電路、巴倫電路及晶振電路等[2]。
2.軟件設(shè)計
2.1 組建網(wǎng)絡(luò)
基于Z-Stack協(xié)議棧設(shè)計應(yīng)用程序、建立網(wǎng)絡(luò)并實現(xiàn)無線發(fā)送等。協(xié)調(diào)器節(jié)點供電后進行初始化,之后協(xié)調(diào)器節(jié)點對信道進行掃描,建立網(wǎng)絡(luò),當(dāng)終端節(jié)點加入后,由協(xié)調(diào)器判斷是否有足夠地址分配空間,當(dāng)足夠時,為終端節(jié)點分配網(wǎng)絡(luò)地址。路由器節(jié)點、應(yīng)急照明燈節(jié)點供電后初始化,之后尋找并請求加入網(wǎng)絡(luò),當(dāng)成功后可獲得全網(wǎng)唯一短地址。
成功入網(wǎng)后,節(jié)點請求綁定協(xié)調(diào)器。當(dāng)沒有發(fā)現(xiàn)收集節(jié)點時,一定時間后再次觸發(fā)函數(shù)以檢查、綁定節(jié)點。之后由節(jié)點對收集節(jié)點發(fā)送采集傳感參數(shù)。通過調(diào)用任務(wù)添加函數(shù)的方式來完成任務(wù)初始化及任務(wù)處理。
2.2 功能實現(xiàn)
節(jié)點供電且完成初始化后,通過對相關(guān)函數(shù)的處理來完成數(shù)據(jù)的收集以及數(shù)據(jù)的上傳于下達。節(jié)點判斷參數(shù)后按照相關(guān)參數(shù)來決定照明燈是亮還是滅,數(shù)據(jù)傳輸?shù)较嚓P(guān)節(jié)點。為了確保隨時能動態(tài)掌握參數(shù)變化,任務(wù)處理函數(shù)采用時間觸發(fā)的方式。
當(dāng)操作人員的指令下發(fā)到協(xié)調(diào)器時,這時后者從指令進行分析,對函數(shù)進行調(diào)用,判斷需要控制節(jié)點的所在位置,之后將指令傳輸給目標節(jié)點,節(jié)點接收指令后進行判斷,執(zhí)行相應(yīng)操作,例如控制燈的狀態(tài)、檢測相關(guān)參數(shù)等。
2.3 上位機軟件設(shè)計
基于RS-232實現(xiàn)上位機與協(xié)調(diào)器節(jié)點的通信。上位機軟件的作用包括火災(zāi)預(yù)警、對相應(yīng)節(jié)點發(fā)送命令、儲存節(jié)點發(fā)送數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)等。其工作流程如下:開始后進行初始化,將檢測軟件打開,對端口進行掃描,分析是否有數(shù)據(jù)包到來,當(dāng)沒有數(shù)據(jù)包到來時,返回端口掃描繼續(xù)檢測;當(dāng)有數(shù)據(jù)包到來時,判斷數(shù)據(jù)或顯示節(jié)點狀態(tài),判斷是否有火災(zāi)險情,當(dāng)沒有火災(zāi)險情時返回掃描端口并繼續(xù)檢測;當(dāng)有火災(zāi)險情時,驅(qū)動警報器。
三、測試及結(jié)果分析
采用協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點及應(yīng)急照明節(jié)點建網(wǎng),選擇某高層建筑進行測試。將協(xié)調(diào)器節(jié)點與上位機連接進行檢測,主要檢測正常及異常情況下節(jié)點的工作狀態(tài)、節(jié)點干擾的影響因素。
1.抗干擾能力
干擾主要來源于節(jié)點發(fā)射頻率、節(jié)點通信距離、墻阻(鋼筋混凝土墻)等。對節(jié)點與路由器的距離對丟包率的影響進行測試,結(jié)果顯示當(dāng)節(jié)點與路由器的距離為50m,無墻阻時,丟包率為0%;當(dāng)存在1個墻阻時,丟包率0%;當(dāng)存在2個墻阻時,丟包率2%。當(dāng)節(jié)點與路由器的距離為75m,無墻阻時,丟包率為0%;當(dāng)存在1個墻阻時,丟包率3%;當(dāng)存在2個墻阻時,丟包率7%。當(dāng)節(jié)點與路由器的距離為90m,無墻阻時,丟包率為3%;當(dāng)存在1個墻阻時,丟包率9%;當(dāng)存在2個墻阻時,丟包率21%。
通過對實驗結(jié)果的分析,我們可以知道墻阻、節(jié)點與路由器距離都會影響到丟包率。為了最大程度地對丟包率進行控制,當(dāng)建筑層數(shù)比較多時,要把路由器節(jié)點設(shè)置在建筑的每一層;除此之外需要對墻阻進行控制。
2.工作狀態(tài)
隨機選擇路由器、照明燈節(jié)點,通過電暖氣烘烤的方法來提高環(huán)境溫度,對監(jiān)視界面進行觀察。通過上位機能觀察到網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點的相關(guān)情況,紅色節(jié)點共計2個代表有險情,其余節(jié)點均為綠色代表正常,通過上位機可以監(jiān)視故障節(jié)點的相關(guān)情況。
結(jié)束語
基于ZigBee技術(shù)的建筑電氣智能應(yīng)急照明系統(tǒng)可節(jié)省電源,延長應(yīng)急燈的使用壽命,可加入無線網(wǎng)絡(luò),采集參數(shù)并經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸至上位機,可由上位機實現(xiàn)遠程控制,具有一定可行性。
參考文獻
[1]麻瀠心,韓飛.建筑電氣智能應(yīng)急照明系統(tǒng)設(shè)計和應(yīng)用[J].河北農(nóng)機,2020(02):65.
[2]鄧朝明.智能消防應(yīng)急照明系統(tǒng)在民用建筑電氣設(shè)計中的應(yīng)用研究[J].居舍,2019(19):153.