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1、摘 要 随着国民经济和科学技术水平的提高，特别是计算机技术、通信技术、网络技术、 控制技术的迅猛发展与提高，人们对室内环境的要求也越来越高。 现代无线通讯技术是未来网络媒体发展的趋势，是当前发展竞相开发的热点，提 出了 Zigbee 技术与 GPRS 的无线技术来完成对室内环境的监测，该系统全部采用无线 通信技术来完成，省去了重新布线的问题，而且把 GPRS 远程通信技术加入到室内环 境中实现监测和报警功能，从而使用户千里之外可以随时了解家中的情况提供一种解 决办法。 本文首先分析了 Zigbee 技术的研究意义、应用前景以其优良的性能为众多的近距 离无线通信应用领域提供了低成本、低功耗、高可
2、靠性的解决方案。其次是 GPRS 技 术逐步完善，它的覆盖区域也日益增大几乎可以分布到所有人类居住的地方，并且具 有维护费用比较低，安装方便，易于实现远程数据的采集和设备的控制。本设计采用 Zigbee 组成的无线传感器网络的和 GPRS 无线通信技术构成的大范围远程数据采集系 统，结合各类传感器对居室环境中多路状态（如火警、气体浓度、非法入侵等）进行 监测和预警，一旦出现警情可通过 GPRS 系统向用户的手机实时发送短消息，主要完 成了采用 GPRS 无线通信模块与新一代无线网络技术 Zigbee 相结合，实现了通过手机 短信对室内环境进行监测与报警的系统。 关键词关键词：Zigbee 技术
3、、GPRS 技术、监测、报警 Abstract For the automatic, real-time monitoring the state of the environment, the Zigbee wireless sensor network technology has been widely used because of its reliable technology, low power consumption, low cost, short development cycle. This paper will combine the wireless sensor n
4、etwork technology and GPRS network, realized the remote monitoring of home appliances and security equipment to send text messages by mobile phone, using CC2430 and single chip microcomputer users home security monitoring system of main body in any place of household equipment and safety to observe.
5、 The system has the advantages of simple structure, safe and reliable, cost-effective, have broad application prospects.Family intelligent monitoring system based on GPRS and Zigbee technology to single family communication control unit, a main controller are installed in each household, and a plura
6、lity of connected with the home appliance division controller, the master and control bus type connection, home bus using Zigbee wireless communication Keywords: wireless sensor network; wireless communication module; digital sensor; GPRS module 目 录 摘摘 要要.- 1 - ABSTRACTABSTRACT- 2 - 目目 录录.- 3 - 第第一一
7、章章 绪绪 论论 .- 5 - 1.1 研究背景 - 5 - 1.2 系统的总体方案 .- 5 - 1.3 家庭网关 .- 7 - 1.4 研究目的和意义 .- 8 - 1.5 课题的研究内容 .- 9 - 1.6 本文主要工作及组织结构.- 10 - 第二章第二章 关键技术和主要器件的介绍关键技术和主要器件的介绍- 10 - 2.1 几种无线通信技术的对比.- 11 - 2.1.1 红外线技术 .- 11 - 2.1.2 家庭射频技术的 HOME RF.- 11 - 2.1.3 蓝牙技术 .- 11 - 2.1.4 几种无线通信标准的性能比较- 12 - 2.1.5 GPRS 网络总体结构
8、.- 12 - 2.1.6GPRS 协议 .- 13 - 2.2 ZIGBEE 无线技术 - 15 - 2.3 CC2430 芯片的介绍 - 16 - 2.4 常用传感器原理及应用 - 16 - 2.4.1 烟雾传感模块- 16 - 2.4.2 微波红外双鉴传感器- 17 - 2.4.3 门磁开关传感器- 18 - 2.4.4 温度传感器- 18 - 第第三三章章 智智能能监监测测报报警警系系统统硬硬件件设设计计 - 20 - 3.1 系统基本工作原理 - 20 - 3.2 系统硬件设计 .- 21 - 3.2.2 MCU 主控模块 - 21 - 3.2.4 入侵监测传感器的选择 - 24 -
9、 第第四四章章 智智能能监监测测报报警警系系统统软软件件设设计计 - 26 - 4.1 系统的软件设计 - 26 - 4.2 系统软件调试 - 28 - 4.2.1 服务器监控界面的设计- 28 - 结结 论论.- 34 - 致致 谢谢.- 35 - 参参 考考 文文 献献 .- 36 - 第一章 绪 论 1.1 研究背景 近年来，随着无线传感器网络技术的迅猛发展，以及人们对 于环境保护和环境监控提出了更高要求，越来越多的行业都致力于在环境监测 系统中应用无线传感器网络的研究。通过在监测区域内布设大量的廉价微型传感器 节点，经由无线通信方式形成一个多跳的网络系统，从而实现网络覆盖区域内感知 对
10、象信息的采集量化、处理融合和传输应用。与传统的环境监测手段相比，使用传 感器网络进行环境监测有三个显著的优势：一是网络的自组性提供了廉价而且快速 部署网络的可能 ;二是现场采集的数据可通过中间节点进行（路由）传送，在不增 加功耗和成本的前提下，可将系统监测容量提高一个数量级；三是网络的健壮性、 抗毁性满足了某些特定应用的需求。无线传感器网络技术是一项应用性非常强的技 术，因此其在当前我国环境监测系统中的应用具有巨大的潜力。 1.2 系统的总体方案 方案如图 1.1 所示。 图 1.1 无线环境监测系统主节点组成 本设计中各功能部分均采用目前应用性能较好的集成模块电路来实现，环境中 各类状态，如
11、温度、湿度、流量、光照、气体浓度、火警、异常侵入等参量的测量 单 片 机 ST89C52RC 无 线 通 信 模 块 数 字 传 感 器 GPRS 模块 （SIM 卡） RS232 单片机 ST89C52RC 无线通信模块 数字传感器 GPRS 模块 （SIM 卡） RS232 均采用数字式传感器或集成模块，这样既可以提高系统工作的稳定性，又可以使硬 件电路设计得以简化，减小了系统的体积，从而提高了系统的现场应用性。系统主 节点组成，可见在硬件结构上，任何子节点都可以通过与GPRS 模块相连而变成 主节点。 为提高系统的可靠性以及减小设计、开发周期，本系统由一个主节点和多个子 节点组成，电路上
12、均采用集成化设计。子节点负责采集环境参量，通过无线通信模 块将数据以多跳方式逐级传递给主节点；主节点除具备基本的参量采集功能外，主 要负责将汇集来的各子节点数据通过GPRS 网络发送给用户手机，课题所设计的智 能监测报警系统的总体功能模块图如图1.2 所示。 图 1.2 智能监测报警系统的功能模块图 终端节点单元包括以下两部分部件 :射频收发模块、传感器或受控终端以及两 者之间的接口控制模块。射频收发模块作为系统中各网络节点的通信接口，进行网 人机界面 （web页） 因特网 Zigbee网络 家庭网关主节点 终端 节点 家电 网络 终端节点 传感器网 络 络中各节点设备的网络无线连接和无线数据
13、或指令的收发。系统的终端传感或受控 单元，主要进行环境温度、湿度等各种数据的采集或者进行有人闯入或者有毒气体 等意外灾难情况的探测以及对各种网络家电的控制。这种监测功能需要通过接口控 制模块来直接操作并完成。 1.3 家庭网关 家庭网关是一种简单的、智能的、标准化的、灵活的数字家庭网络接口单元， 它可以从不同的外部网络接收通讯信号，通过家庭网络传递信号给某个终端设备。 从结构上看，家庭网关是家庭外部TCP/IP 网络和局部家庭网络之间的连接点。所 以，家庭网关应具备两个主要功能 ： （1）作为外部接入网 (如 Internet 接入)连接到家庭内部，同时将家庭内部 网络连接到外部的一种物理接口
14、，家庭网关应能同时处理多种类型的接入网技术， 即完成不同网络间的协议转换和路由选择功能。 协议转换，这一功能描述只是原理概念上的一个总体定位，实际设计和实现时 决不是将一种协议对应转换成另一种协议那么简单。从信息流动和变换的观点来看， 可以将家庭网关视为如图 1.3 所示模型。 在图 1.3 中，有两条双向的信息流通过家庭网关，家庭网关在其中起着信息格 式变换的作用。 TCP/IP 网络 ZigBee 无线网络 图 1.3 家庭网关的结构图 家庭网关 电源 时钟 显示部分 按键 STC89C52 CPU Internet 接口 RAM FLASH USB ZigBee 接口 （2）使用户可以获
15、得各种服务 (包括现有的服务和未来可能出现的服务 )的 平台。如远程通讯，远程教育、远程医疗、远程抄表、家电管理和集成、安全系统 管理、家庭能源调节和管理、在线和电子公告等。同时，作为家庭与媒体的中心， 实现音频和视频信息的综合预处理等。如可视电话、视频传送和分配、虚拟VCR 和视频点播、视频交互通讯、 CD 点唱机。 传统的家庭网关多采用 PC 机模式，这样为了使网络能够正常运行，首先要保 证 PC 始终保持在开机状态并且稳定无故障，这样势必造成了整个网络的可靠性降 低。为了避免系统对传统 PC 机的依赖问题，课题采用嵌入式技术设计家庭网关， 设备通过嵌入式模块，直接接入Internet 实
16、现信息交互的过程。课题采用飞利浦 的 LPC2200 系列 ARM7 嵌入式芯片设计网关。课题所设计家庭网关的结构图如图 1.3 所示。 1.4 研究目的和意义 在智能监测报警系统中，无线网络技术应用于家庭网络已成为势不可挡的趋势。 这不仅仅因为无线网络可以提供更大的灵活性、流动性，省去了花在综合布线上的 费用和精力，而且更符合家庭网络的通讯特点。同时随着无线网络技术的进一步发 展，也必将大大促进智能化、网络化的进程。 目前，无线网络技术主要可分为射频技术、IRDA 红外线技术、 IEEE80211b 和 IEEE80211a 协议技术、 Home RF 协议、蓝牙技术、 ZigBee 技 术。其中射频 (RF)技术已很成熟。它的成本低廉，穿透性较好，但抗干扰能力差， 安全性差，最致命的缺陷是它没有统一的标准，各公司的通信协议都不一样。红外 IRDA 技术也比较成熟，但必须直线视距连接，限制太大，并不适合我们通常意义 上的家庭网络； IEEE8021l 是 IEEE 最初制定的一个无线局域网标准，主要用于 办公室局域网和校园网。由于它在速率和
