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1、 毕业论文(设计)基于Simplici Ti无线火灾报警系统的设计The Design of wireless fire alarm system based on Simplici Ti姓 名： 学 号： 070502129 系 别： 物理与电子信息工程系 专 业： 电子信息科学与技术 年 级： 07级 指导教师： 2010年 月 日18摘要现有火灾报警主要采用有线方式，耗费材料、故障率高且难于实现互联报警。采用无线方式能够很好的解决互联报警、降低成本。利用MSP430F227 +CC250搭载Simplici Ti实现节点互联，数据中心节点连接至PC机，PC机能实时监控节点信息，在火灾到来
2、时能够及时准确的实现本地报警和远程报警。本设计的火灾节点为超低功耗，休眠时只有不到1uA电流。它具有较强的工程实践意义和应用前景。关键词：SimpliciTi；MSP430；烟雾传感器；GPRS模块AbstractExisting fire alarm system adopts cable way. It expends materials and has a high failure rate,it also hard to implement interconnected alarm. Using wireless means can solve interconnected alarm
3、 and reduce costs very well. Using MSP430F227 + CC250 together with Simplici Ti protocol can realize nodes interconnected. Make the access point connecte to the PC , PCS monitors node information in real-time,it can realize local alarm and remote alarm timely and accurately when the fire comes. The
4、fire node in this design uses ultralow-power consumption, Its standby current is less than 1uA. It has strong engineering practical significance and application prospect.Key words：SimpliciTi；MSP430；Smoke sensor；GPRS module 目录摘要IABSTRACTI1引言12系统设计12.1设计要求12.2总体设计方案12.2.1无线网络协议选择【1】12.2.2 Simplici Ti网
5、络协议【1】22.2.3单片机选型42.2.4烟雾传感52.2.5远程报警52.2.6 系统框图63分布式采集节点设计63.1节点硬件设计63.2节点软件设计93.2.1软件开发环境及语言【4】93.2.2火灾探测节点软件设计93.2.3数据接入点软件设计104监控报警系统设计104.1 GSM远程报警模块104.2监控报警系统界面设计114.3监控报警系统软件流程125系统测试135.1系统覆盖范围测试135.2节点功耗测试145.3 GSM报警模块通信测试155.4系统整机测试155.4.1火灾温度报警测试165.4.2火灾烟雾报警测试166总结与展望17致谢17参考文献18附录18元器件
6、清单18原理图19PCB19实物图201引言随着中国经济的发展，城市高楼林立，安全事故频发，特别是火灾安全事故。准确而又及时地通知楼内人员撤离或者采取援助和自救成为当前主要的课题。目前使用的火灾报警主要是消防联控系统，大多与本楼的其他住户无关联，导致了本楼住户在火灾发生时对火灾不敏感，不能及时逃离火灾现场。针对这一情况，本文设计了一款无线火灾报警系统，其节点能够分布多个地点，在火灾发生时能够及时的通知本楼的住户和拨打远程报警电话告知有火灾发生。2系统设计2.1设计要求（1）报警节点数据用无线方式传输；（2）能够实现火灾的准确报警；（3）火灾报警节点间能组织网络；（4）能够实时监控各个节点的工作
7、状态；（5）实现远程报警。2.2总体设计方案2.2.1无线网络协议选择【1】随着无线的发展，网络化、标准化要求逐渐出现在人们面前，各种无线网络技术标准纷纷被制订出来。目前热门的无线网络技术有：ZigBee、无线局域网（Wi-Fi）、蓝牙（Bluetooth），还有TI的Simplici Ti网络协议。ZigBee是一种短距离、低速率无线网络技术，主要用于近距离无线通信。ZigBee有以下的技术优势：低功耗：在低功耗模式下，2节5号电池可支持1个节点工作624个月，甚至更长；低成本；低速率：工作在20250kbps的较低速率；近距离：传输范围一般介于10100M；短时延；高容量：ZigBee最大
8、可支持65000个节点；高安全性；工作于免执照频段：2.4GHz、915MHz、868MHz。Wi-Fi是wireless fidelity的缩写，现已成为互联网领域的一支重要力量。它工作于2.4GHz附近的频段；覆盖范围广可达100米左右；虽然通信质量差、安全性不高，但它传输速度非常快，可达到11Mbps；蓝牙技术是一种小范围无线连接技术，能够在设备间实现方便快捷、灵活安全、低成本、低功耗的数据和语音通信，是目前实现无线局域网的主流技术之一。蓝牙无线技术使用了全球通用的频带2.4GHz，通信范围小大概在15m左右。Simplici Ti是TI针对简单小型RF网络的专有低功耗RE协议。该协议能
9、“开盒即用”的再CC1110/CC2510等片上系统（SOC）或MSP430超低功耗微控制器与CC110X/CC2500等RF收发器上运行。SimpliciTI协议最大传输速率为250kbps，支持以下的频段：315MHz、433MHz、868MHz、915MHz、2.4GHz，传输距离在空旷地带能达百米。SimpliciTI是一种免费的通讯协议，协议非常小，只占了无线单片机闪存中的 8K字节。SimpliciTI 通讯协议虽然很小，但是，麻雀虽小，五脏俱全，SimpliciTI 通讯协议包括了网络加入，网络管理，低功耗，无线跳频通讯，网络抗干扰等多种技术。综上几种协议的比较，Simplici
10、 Ti协议小、较简单容易入门，且满足我们的设计要求。手上也有支持Simplici Ti协议的硬件，所以本设计选择了使用Simplici Ti网络协议。2.2.2 Simplici Ti网络协议【1】1、Simplici Ti概述Simplici Ti网络协议支持各种低功耗应用，如报警与安全（烟雾探测器、玻璃破碎检测器、一氧化碳探测器、光传感器），自动抄表（气表、水表），工业控制、家庭自动化以及有源RFID等。SimpliciTI网络协议支持两种基本的网络拓扑结构：星状网络拓扑和点对点对等拓扑。协议中定义了三种节点：接入点（AP）、范围扩展器（RE）、终端设备（ED）。在网络中AP应该始终处于工
11、作状态，因此AP一般都不是用电池供电的，一个网络中只允许有一个接入点。AP应该有管理网络地址的功能，在ED睡眠的时候接入点应该可以存储消息，等到ED激活的时候转发，AP通常还应该有ED的部分功能。RE在网络中也应该始终处于工作状态，它转发所接收到的帧，通常RE也应该包括一些传感器以完成终端节点的部分功能。为了使网络稳定，在一个网络的RE节点限制在4个以内ED实现了应用层的功能，ED可以始终激活也可以休眠。ED可以是只发送数据的设备也可以是具有收发功能的设备。ED节点可用电池供电。Simplici Ti网络协议主要包括3层Application Layer（应用层）、Network Layer（
12、网络层）、Lite Hardware Anstraction Layer（硬件逻辑层），如图2.1所示：图2.1 Simplici Ti协议架构硬件逻辑还主要包括：Radio（射频层）、BSP（应用板支持层程序包）。BSP提供射频层与网络层通信的SPI接口，为了开发的方便会有一些最低限度支持各种MCU的。BSP给出了如下的定义：和无线设备的SPI接口；通过GPIO的中断管理；通过GPIO的LED灯和按钮。2、网络应用层网络应用层提供以下网络管理：频段管理；跳频支持；调制方式、数据传输速率等无线参数管理；加密管理；数据传输；CCA（清除信道评估）；网络ID；设备地址；加入、连接网络。网络应用层除
13、了提供PING访问以外，还提供了很多供用户开发的接口。表2.1是网络层端口号的说明。表2.1网络层端口号应用层端口号描述Ping0x01用来检测一个特定设备的存在，返回以收到的数据到发送端Link0x02在两个设备之间的第一次通信Join0x03AP获取节点访问信息时使用、保护非法节点加入网络Security0x04交换密钥，如加密信息Freq0x05管理频偏，提供频率校准Mgmt0x06普通的网络管理应用，例如应用与天线中断3、数据帧结构SimpliciTI数据帧由三个逻辑部分组成：由PHY/MAC层处理的部分，支持在网络层实施网络管理的部分，在应用层中代表应用层有效载荷的部分。图2.2是S
14、impliciTI协议数据帧格式。PHY/MAC帧部分，这个部分包含了帧中硬件处理的部分。网络帧部分，帧中的这个部分是由网络层中的固件处理的，这个部分是用来网络控制，定义一些像加密状态、跳数、帧序列号等参数。图2.2 SimpliciTI协议数据帧格式应用层帧部分，这个部分是交付给应用层的有效载荷，作为返回值给调用API的应用程序。2.2.3单片机选型1、微控制器【2】MSP430单片机是TI推出的一款高性能、超低功耗的16位微控制器。它有以下特点：超低功耗MSP430单片机的电源电压采用的是1.83.6V电压，在1MHZ的时钟条件下运行时，芯片的电流会在200400uA左右，时钟关断模式的最低功耗只有0.1uA。（LPM0LPM4五种低功耗模式和一种活动模式AM）。强大的处理能力MSP430采用精简指令集（RISC）结构。只有简洁的27条指令，大量的指令则是模拟指令，众多的寄存器以及片内数据存储器都可以参与多种运算。这些内黑指令均为单周期指令，功能强，运行的速度快。丰富的片上外围资源看门狗、模拟比较器、定时器、串口、硬件乘法器、10位/12位ADC、I2C总线等在本设计中，无线节点采用电池供电，因此对于控制器的低功耗特性要求要很高，而且必须能满足Simplici Ti协议，所以本设计采用MSP430微控制器（MSP4
