佛山市基于ZigBee通信网络的无线安防系统设计

基于传统安防系统，在终端采集相应信息，通过有线通信上传至监控中心，容易导致布线繁琐、无法实现终端设备全覆盖、信息无法共享等局限性。 本文设计了一种基于ZigBee通信网络的无线安全平台。 平台通过ZigBee在监控区域构建性能稳定的通信网络，使各子系统在网络环境下采集相应的数据信息，并通过ZigBee无线通信网络上传至监控中心，实现信息共享的同时实现智能和高性能的目的。

随着科学技术的进步，人们对安防系统提出了智能化、高性价比、信息共享等新的要求。 当前使用的安全系统通常具有针对性强的特点，但这种现状导致系统之间无法实现信息共享和效率最大化。 基于这一现状，本文提出在监控区域建立一个强大的基于ZigBee的无线通信网络系统。 该系统集成了多种安全措施，实现了系统间的信息共享，满足了人们对安全系统的特定需求。

一、ZigBee技术概述

有线网络在通信过程中的局限性催生了建立无线网络通信系统的想法。 经过几十年的发展，无线网络通信技术已经比较完善。 无线网络主要分为WWAN（无线广域网）、WLAN（无线局域网）和WPAN（无线个域网）。 ZigBee 基于 IEEE 802.15.4 标准。 具有功耗低、成本低、距离近等优点。 主要适用于智能家居系统、工业控制、医疗场所、农业自动化等自动控制和远程控制领域。 属于低速无线个域网（Low-Rate Wireless Personal Area Network，LR-WPAN）。

2.系统总体设计

本文研究设计的无线安防系统集成了多种先进的无线技术，不仅包括ZigBee无线技术，还包括GPS定位技术和ANT无线技术，从而形成一个无线网络系统平台。 本文以系统中三个子系统的功能实现为例，即实现人员定位、物品管理、车辆跟踪三个目标。

终端设备采集的信息通过无线通信模块，即ZigBee无线通信网络上传至数据处理模块； 数据处理模块对来自ZigBee无线网络的数据进行分析处理并存入数据库； 用户终端可以登录位置服务器请求数据，数据处理模块提供查询软件显示用户终端请求的数据。 操作人员根据监控软件显示的数据对各个终端进行监控，处理突发事件。

2.1 系统硬件设计

本文通过对上述系统框架的研究分析，设计了系统的底层硬件平台。 从上面的分析可以看出，终端设备负责将采集到的相关信息上传到距离最近的ZigBee通信网络中的路由节点，节点负责将数据通过通信网络发送给ZigBee协调器，协调器将数据上传到数据处理模块。 因此，ZigBee无线网络的高性能组网和通信是本系统设计的关键。 考虑到系统各部分基本都使用ZigBee通信部分，ZigBee通信部分的模块化有利于简化子系统平台的构建过程。

ZigBee通信模块主要包括6个子模块。 微处理器采用16位高性能单片机。 考虑到通信模块必须安装ZigBee协议栈，微处理器应具有一定容量的可编程Flash存储器。 模块是常见的设备。 ZigBee通信模块主要包括ZigBee路由节点和ZigBee协调器两部分。 目前主流的无线通信网络方案通常有两种方式：RF+MCU和单芯片集成SOC。 RF+MCU模式主要包括CC2420和MSP430，这是TI推出的第一款满足2.4GHz ZigBee产品要求的RF IC。 主要用于开发低功耗无线网络，如智能家居系统、楼宇自动化系统、工业监控系统和无线传感器网络等； MC1319x和GT60组合是一款工作在2.4GHz频段的无线网络模块，包含飞思卡尔推出的IEEE802.15.4协议。 其优点是距离近、功耗低； 单芯片集成SOC方案主要有TI的CC2530和Freesclae的MC1321x两种。 采用TI的单芯片集成SOC方案，采用CC2530芯片作为本系统ZigBee通信模块的主芯片。 CC2530采用标准的8051处理器。 特别设计的处理器内核，不仅具有低功耗、高速、低噪声的优良性能，而且不会因8051内核的高速运行而影响高频通信。 同时还可以直接移植TI的Z-Stack协议栈，为用户节省成本，缩短开发周期； 最重要的一点是，CC2530还可以通过加入功放芯片CC2591来增加数据传输强度和距离。 更适用于障碍物多、通讯环境复杂的场合。

2.2 软件设计

系统中所有的数据传输都是通过ZigBee通信网络实现的，因此建立稳定可靠的ZigBee通信网络是系统设计的一项重要工作。 考虑到一些软件设计的复杂性，选择了CC2530的ZigBee方案。 CC2530的厂商TI提供了完整的ZigBee协议栈Z-STACK，可以看做是一个软件包，集成了ZigBee组网的路由算法、数据转发方式和核心芯片各引脚的功能包，以及为开放版本，开发者可根据实际需要修改相应的功能包。 这样做不仅可以节省开发者的时间，降低开发难度和强度，而且具有高效的ZigBee自组网能力，实现自动路由和数据转发，保证高质量的ZigBee通信。 ZigBee网状网络的建立是由一个ZigBee协调器完成的，因此组网的第一步就是ZigBee协调器的建立。 由于任何全功能节点都可以充当协调器，每个节点上电后，会根据路由算法确定自己的协调器，协调器通过搜索和筛选确定一个网络ID，然后使用这个网络ID建立一个网络，但是这种自动组网方式具有较大的随机性，尤其是协调器的选择会存在不确定性。 在实际应用中，协调器还可能具有一些特殊的功能。 例如，在本设计中，协调器不仅负责建立网络，还负责收集所有数据，并将数据通过网口打包到数据处理模块； 另外，定位服务器下发的一些指令也通过定位协调器下发给各个功能节点，因此协调器的硬件设计会与其他路由节点不同。 因此，在本设计中，协调器被人为指定并分配了一个网络ID，协调器与该网络ID组成了一个ZigBee网状网络。

3、系统测试

根据上述无线安全系统的组织结构、技术实现手段、底层电路和软件的设计。 从应用层的角度，结合无线安防系统的实例，主要从物品管理方面来检验系统的应用价值。

物品管理主要是针对一些贵重或危险物品的管理。 系统会自动为这些物品指定一个安全区域。 没有申请，这些物品不能随便离开这个区域，否则系统会收到警报。 测试过程中，当物体移动时，震动传感器会发出启动信号，通过ZigBee网络与数据处理模块通讯，并与设定的安全位移进行比较。 如果移动的位置在安全位移范围内，如果没有发出报警信号，则继续比较过程； 当检测到物品移动距离超过预设安全位移时，通过无线网络将报警信号传输至数据处理中心，监控人员根据用户终端管理系统进行显示。 应急处理和手术的相关报警信息。

4。结论

本文通过对安防领域现状的分析，确定了将无线通信技术应用于安防领域的方案。 无线通信技术的应用，可以大大减少传统安防系统的工程布线，降低建设成本； 同时，无线安防系统可以提高系统的智能化和数字化程度，提高工作效率和安全性能，减少安全死角，从而实现真正的安全防护。 由于安全系统的服务对象通常是特定的群体，因此可以根据群体成员的分布特点构建属于特定对象的安全系统，这将有利于无线安全系统的进一步发展。

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