朱庆华，刘天羽
（上海电机学院，上海200240）
摘要：针对家居网络远程管理存在的问题，对ZigBee无线传感器网络进行了研究，提出一种基于ZigBee无线传感器的家居防盗系统设计方法。采用振动传感器来监测振动信号，通过ZigBee CC2530 ZLL模块发送并传输振动信号，用接收模块进行信号的接收，做出声光报警信号。运用C/C++在IAR EWARM 8.10编程软件上进行编程、调试，从而完成了家居防盗的监测功能的设计，实现了家居的智能化管理。该设计采用ZigBee无线传感器网络技术对家具设备实现信号的采集、传输、监测等功能，可广泛应用于安全监测和防盗系统中。
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关键词 ：ZigBee无线传感器网络；振动传感器；声光报警；安全监测
中图分类号：TN702?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）20?0101?03
收稿日期：2015?05?08
基金项目：上海自然科学基金（14ZR1417200；15ZR1417300；
12ZR1411600）；上海市教委创新基金项目（14YZ157；15ZZ106）；上海市大学生创新活动计划项目（G2?13DX?SCX?003）
Research on smart home anti-theft system based on ZigBeeZHU Qinghua，LIU Tianyu
（Shanghai DianJi University，Shanghai 200240，China）
Abstract： Aiming at the problems existing in home network remote management， the ZigBee wireless sensor networkis studied，and a design method of smart home anti-theft system based on ZigBee wireless sensor is proposed. The vibration sen?sors are used to detect the vibration signal. The ZigBee CC2530ZLL module is used to send and transmit the vibration signal.The receiving module is used to get the signal and make the sound-light alarm signal. With C/C++，the programming and debug?ging are executed in the IAR EWARM8.10 programming software，so as to complete the design of the home anti-theft function，and realize the intellectualized home management. The ZigBee wireless sensor network technology was used in this design to realizesignal acquisition，transmission，monitoring function of equipments in house. It can be widely used in the safety monitoring andanti-theft systems.
Keywords：ZigBee wireless sensor network；vibration sensor；sound-light alarm；monitoring
0 引言
信息技术迅速发展并深入到人们的日常生活中，同时智能化这一概念也在逐步走进人们的生活。信息技术的更新和应用中最关键的一步是信息获取的过程，这将直接关系到后续的信息传输、信息处理和信息应用。安全舒适便利的生活环境需要智能家居网络的管理和实现，其通过各种通信设备和技术进行有效地控制和管理，来实现对家居网络的远程管理控制。目前，智能家居的主要形式是有线网络，但无线传感网络能够更方便地对家居环境进行监控。物联网模块和传感器模块的结合，实现了传感控制技术和短距离的无线通信技术。这些技术可用在汽车防盗报警系统、家庭安全防盗系统、有害气体的监测、风电场风速监测等智能装置。
现在设计一种基于ZigBee的无线传输的智能检测装置并应用到家庭防盗系统中。此装置可装在家里的门窗上，当门窗被打开时装在上面的振动传感器会传递出来振动信号，从而实现声光报警。
1 系统的硬件设计
物联网使用射频识别技术、红外感应技术、激光扫描技术、全球定位技术和无线通信技术等通过特定的通信协议，把不同设备和互联网连接在一起，在不同物体之间进行通信，从而来实现智能化识别、跟踪、定位监控和管理的一种网络[5?8]。而无线传感器网络技术是对物联网技术的进一步推广和应用。ZigBee技术是一种基于短距离、低功耗、低速传输、低成本的双向的无线通信技术，该技术是一组基于IEEE 802.15.4 无线标准研制开发的网络协议通信技术[9?10]。本文在物联网的构架下，设计了集振动信号监测、无线传输于一体的系统，该系统能够通过接收模块来查看远程的振动信号，发出振动信号时能够实现声光自动报警的功能。本文采用2.4 GHz ZigBee 无线模块来实现无线传输技术。系统的硬件设计共包括无线传输模块、传感器模块和外围电路模块3 个部分。采用低功耗ZigBee无线传感器采集振动信号，将振动信号转换成串行数字信息，内部通信将信号打包、加密后传输至ZigBee通信模块，最后信号通过单片机的处理以声光报警的形式将信号的结果展现出来。图1为该系统的整体结构图。
1.1 无线传输模
为了保证无线传输模块传输距离大，需要无线传输模块具有较低的功率损耗；为了保证无线传输模块上数据收发功能的有效性，需要无线传输模块具有稳定可靠的数据传输功能。
本设计采用ZigBee CC2530 ZLL 开发套件，如图2所示。CC2530 是用于2.4 GHz IEEE 802.15.4，ZigBee和RF4CE 的一个单片机片系统，该型号能够以非常低的成本来建立强大的网络节点。
利用配套的仿真器可以将程序下载到ZigBee模块中，从而实现预计的功能。ZigBee CC2530 ZLL 开发套件主要是由CC2530芯片、电压转换器件、天线、收发器、电源电路等部分组成。
CC2530的原理图见图3。
1.2 传感器模块
为了保证检测信号的准确性和实时性，需要选择具有灵敏度高、响应速度快、稳定性高、检测范围大等特性的传感器。本设计中选用的是由蜂鸣片及触点弹簧组成的振动传感器，如图4所示。
该传感器内部采用的是SMT贴片工艺和进口元件，通过LM358等模块对采集到的信号进行放大。输出信号线可以直接与单片机的I/O相连，从而减少了模/数转换模块。传感器还具有灵敏度可调的优点，即可实现检测范围大的功能（顺时针调节可增加灵敏度，逆时针相反）。该传感器可以直接和无线发射模块配套使用，已广泛地应用到防盗系统及设备的智能监测系统上。
当传感器检测到振动信号时会通过LM358运算放大器输出一个低电位信号，信号输出线则将此信号传递给ZigBee模块来进行后续的信号处理。在这里需要注意的是信号输出线上需要接一个用以保持无信号时的高电位、振动时的低电位的上拉电阻。
1.3 外围电路模块
除了用来实现传感器模块和无线传输模块之外，还要需要外围电路来实现整个系统的供电和声光报警功能。本设计中，电源采用5 V 稳压电源供电（或USB供电），灯光报警采用ZigBee CC2530 ZLL 开发套件上自带的LED灯光报警，声音报警采用蜂鸣器报警，声音报警的驱动电路如图5所示。
2 系统的软件设计
ZigBee无线传感器的家居防盗监测系统的软件设计采用模块化的设计思想，把一个复杂的软件设计分成几个相对简单的部分予以解决，即可分为发送模块和接收模块，其软件的流程图如图6所示。 
软件的编写与调试采用IAR Embedded WorkbenchIDE 8.10编程软件，AR Systems公司为ARM微处理器开发了一个集成开发环境IAR EWARM。IAR EWARM主要采用C/C++交叉编译器和调试器，该编译器能生成优越的代码，能够有效地减少对硬件资源的占用，从而降低成本提高市场竞争力。程序编译成功后通过CC2530仿真器将发送和接收程序分别下载对应的ZigBee模块。
3 结语
基于ZigBee的无线传输的智能家居监测系统能很好地监控家居环境，其组网方便快捷，另外该系统能够实现远距离控制、无线传输功能。智能的家居网络能够为大家提供安全舒适的环境。
注：本文通讯作者为刘天羽。
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参考文献
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作者简介：朱庆华（1989—），女，山东滕州人，在读硕士研究生。研究方向为风力发电机组的故障诊断。
刘天羽（1978—），男，上海人，博士，副教授、硕士生导师。研究方向为风电机组、电力设备故障诊断。