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1、本科毕业设计（论文）中期报告 课题名称：基于 ZigBee 的灾报警系统设计 学院（系） ： 年级专业： 学生姓名： 指导教师： 完成日期： 1 一、毕设进展情况 照毕业设计进度要求及开题报告中的要求，现已将完成及未完成的内容 做一整体汇报如下。 已完成内容： 1、传感器的选择及相关电路设计 温度传感器采用达拉斯公司生产的温度传感器DS18B20，DS18B20 可 使温度信号直接转换成串行数字信号供微处理器处理，而且微处理器可通过 一根数据线对DS18B20 进行读写操作， DS18B20 的测量温度范围为 -55 C+125C，在-10+85C 范围内精度为 0.5C，分辨率 0.0625
2、，测量 范围广，灵敏度高，体积小，外围电路简单，特别适合火灾温度检测。 烟雾传感器采用 MQ-2 型烟雾传感器， MQ-2 气体传感器所使用的气敏 材料是在清洁空气中电导率较低的二氧化锡(SnO2)。 当传感器所处环境中存 在可燃气体时，传感器的电导率随空气中可燃气体浓度的增加而增大。MQ-2 型传感器可检测多种可燃性气体，对天然气、液化石油气等烟雾有很高的灵 敏度 ， 尤 其对 烷类 烟雾 更为 敏 感 ， 其 检测可 燃气 体 与 烟雾 的范围 是 100-10000ppm，是一款适合多种应用的低成本传感器。其电路图如图1-1。 图 1-1MQ-2 烟雾传感器电路图 2 2、Z-Stack
3、的学习 Z-Stack是 ZigBee 协议的具体实现形式， 通俗点来理解就是ZigBee 协议 和用户之间的一个接口， 我们需要通过协议栈来使用这个协议，进而实现无 线数据收发。 ZigBee 的协议分为两部分， IEEE802.15.4 定义了物理层和介 质访问层技术规范； ZigBee 联盟定义了网络层、应用程序支持子层、应用 层技术规范。 ZigBee 协议栈就是将各个层定义的协议都集合在一起，以函 数的形式实现，并给用户提供API（应用层），我们可以直接调用。 Z-Stack 采用操作系统的思想来构建，采用事件轮循机制，当各层初始 化之后，系统进入低功耗模式，当事件发生时，唤醒系统，
4、开始进入中断处 理事件，结束后继续进入低功耗模式。如果同时有几个事件发生， 判断优先 级，逐次处理事件。 这种软件构架可以极大地降级系统的功耗。整个 Z-Stack 的主要工作流程，大致分为系统启动，驱动初始化，OSAL 初始化和启动， 进入任务轮循几个阶段。 OSAL 实现了一个易用的操作系统平台，通过时间 片轮转函数实现任务调度，提供多任务处理机制。我们可以调用OSAL 提 供的相关 API 进行多任务编程，将自己的应用程序作为一个独立的任务来 实现。 关中断 初始化 HAL 、MAC 、 board I/O 口、 NVFLASH 、Stack RAM 等 分配 64位长地址 初始化 OS
5、AL 开中断 设置TIMER OSAL 任务轮询 主循环 有事件发生？ 比较优先级 调用事件处理程序 是否结束 否 是 是 否 相对高 相 对 低 开始 图 1-2 Z-Stack 系统运行流程图 3 3、温度及烟雾程序的调试 DS18B20温度传感器的数据线引脚与CC2530开发板的普通数字 I/O 口 P0_6相连， 3.3V 电压供电。烟雾传感器的数字接口与CC2530开发板的 P2_0 相连,5V 电压供电。终端节点将采集到的温度烟雾信号经过CC2530 芯片处 理无线传输到协调器节点，并通过串口调试助手在PC 机上显示，此部分程 序已经调试完成， 能成功显示终端节点温度值和有无烟雾情
6、况。其工作流程 图如下。 开始 设备初始化 接受入网请求 分配短地址 短地址分配 发送入网响应 子节点加入 到网络 接受节点发送 来的信息 通过串口在 PC 上显示 节点加入失败 , 进入休眠 已满 成功 失败 图 1-3 协调器工作软件流程图 4 开始 设备初始化 发送入网请求 进入低功耗状态 成功入网？ 触发温度采集？ 采集温度并处理 发送数据 Y N Y N 图 1-4 终端节点工作软件流程图 4、硬件设计 目前已经完成 CC2530单片机和传感器模块的原理图和PCB 板的设计， 设计软件采用 Altium Designer summer 09，通过自己动手设计，对CC2530 单片机有
7、了更深入的了解。 CC2530采用 6mm6mm 的 QFN40 封装，该芯片除了包括RF 收发器 外， 还集成了加强型 805lMCU 、 256 KB 的 Flash内存、 8 KB 的 RAM 。 CC2530 工作在 2.4GHz 频段，采用低电压 (2.03.7V)供电，且功耗很低， 接收数据时 为 24 mA，发送数据时为 29 mA、最大传送速率为 250kb/s。CC2530 的外围 元件数目很少，CC2530无线单片机在待机时的电流消耗仅0.2uA， 在 32KHz 晶体时钟下运行时的电流消耗小于1uA。极高的接收灵敏度和抗干扰性能。 未完成内容： 1、烟雾传感器软件调试 烟
8、雾的检测电路已完成，但烟雾浓度显示的程序尚未调试好，MQ-2 烟 雾传感器输出的模拟电压值需A/D 转换成数字量，再通过电压、电阻之间 的关系转化成烟雾的浓度， 但目前还没找到确切的转化关系，终端节点采集 到此浓度后无线发送到协调器节点，再通过串口传输到上位机。 5 2、上位机界面设计 本系统要通过上位机界面， 实现火灾报警。 当温度和烟雾的值超出所设 定的阈值时，上位机提示报警，当出现紧急情况需要楼内人员紧急撤离时， 通过上位机紧急报警按钮向终端节点发送命令，终端节点指示灯闪烁， 提示 人员撤离。此过程主要是通过LabVIEW 设计上位机界面，同时对终端节点 进行控制，此过程尚未完成。 二、
9、毕设实施方案 本系统采用树形网络拓扑。整个网络由三部分组成，包括ZigBee 终端 设备即传感器节点、路由器、网络协调器，ZigBee 终端设备负责收集探测 到的报警信息，并将报警信息以ZigBee 无线通信方式发送到终端设备的路 由器( 即父设备 )， 再由路由器转发到网络协调器。基于ZigBee 技术的智 能型火灾报警系统提高了管理系统中数据的可靠性，对每个终端节点所监控 的区域内发生的火灾险情能及时判断并通过无线网络通知管理人员。 图 2-1 无线传输网络 6 终端节点由电源模块，温度传感器 DS18B20， 烟雾传感器 MQ-2， CC2530 开发板，报警按钮和指示灯组成。 实现现场
10、数据的采集， 向上发送至路由器 节点，最终数据会汇聚到协调器。DS18B20 为单总线数据传输，通过串行 的方式将数据传输到CC2530 芯片。 MQ-2 烟雾传感器的数字接口与CC2530 的普通 I/O 口相连传输数字信号。采集的信号经过MCU 处理，进行数据的 整合和封装，通过RF 射频前端以电磁波的形式传输出去。 协调器节点具有处理能力、 存储能力和通信能力。 主要功能是对 ZigBee 无线网络中的各个子节点进行管理， 将上位机监控中心下达的监控信息通过 ZigBee 网络发送到需要测控的子节点，同时接收各个子节点发来的状态、 采集数据等信息，并通过串口上传至监控中心主机进行数据处理
11、和保存。 图 2-2 终端节点硬件连接框图 三、遇到的困难和问题，及相应的解决方案 1、单片机程序编写 Z-Stake协议栈是可以说是一个小型的操作系统，学起来相对困难， 除 了对 Z-Stake协议栈理论的学习外， 主要是对程序的理解，它分为 APP、 HAL 、 MAC 、NWK 、MT、OSAL、ZMAIN 、ZDO、TOOL 等几层，需要对每层 7 的功能，及如何实现其功能和调用进行学习。通过查阅相关书籍， 从网上观 看相关视频、从论坛里学习交流，对Z-Stake有了基本了解，能运用其编写 相关程序。 2、CC2530开发板的原理图及PCB 的绘制 这段时间主要是自学 Altium D
12、esigner 软件， 通过查阅 CC2530数据手册， 阅读单片机相关知识， 学习 Altium Designer 软件应用，完成了原理图及 PCB 的设计。其中遇到了不少问题， 但通过认真的阅读相关书籍后， 都一一解决， 对点偏激知识的领悟提高了一个层次，提高了自己的动手能力和自学能力。 四、毕业时间进度安排 5月 13 日5 月 19 日，烟雾传感器、按钮及指示灯程序的调试； 5月 20 日6 月 9 日，学习 LabVIEW 软件，完成上位机机界面的设计， 实现上位机对终端节点的反馈控制及程序调试； 6月 10 日6 月 23 日，撰写论文； 6月 24 日6 月 30 日，完成论文终
13、稿，准备答辩。 五、毕业论文时间进度安排 6 月 10日6 月 14 日，完成引言、摘要、第一章； 6 月 15日6 月 20 日，完成论文剩余部分的撰写工作，完成论文初稿； 6 月 21日6 月 23 日，按要求对论文格式修改。 六、意见及建议 毕业指导教师能够对学生编写论文过程中遇到的问题及时给与指导和 讲解，帮助学生按照进度完成目标。 希望老师能够按照论文中的问题及时对 学生进行提问，帮助形成更好的解决方案，更进一步思考。 6 月 10日6 月 14 日，完成引言、摘要、第一章； 6 月 15日6 月 20 日，完成论文剩余部分的撰写工作，完成论文初稿； 6 月 21日6 月 23 日，按要求对论文格式修改。