学士学位论文—-《zigbee无线网络原理》课程设计报告基于zigbee

计算机科学与技术学院

《zigbee无线网络原理》课程设计报告

设计题目： 基于zigbee的烟雾检测系统

设计人员：

学号： 学号： 学号： 学号：

指导教师：

2015年5月

目 录

摘要................................................................ I Abstract........................................................... II 1 设计意义与目的................................................... 1

1.1 目的 ........................................................ 1 1.2 意义 ........................................................ 1 2 设计内容......................................................... 1

2.1 烟雾报警器的工作原理 ........................................ 1 2.2 设计方案 .................................................... 2 2.3 结构组成 .................................................... 3 2.4 实验所需器材 ................................................ 3 3 实验电路图........................................................ 4 4相关模块的性能参数 ................................................ 5

4.1 ZigBee核心板相关简介........................................ 5 4.2 烟雾传感器性能参数 .......................................... 5 5 系统主程序设计及流程图............................................ 8 6 软件程序功能实现模块.............................................. 9

6.1 基于VB语言上位机程序控制 ................................... 9 6.2 ZigBee核心板下位机烟雾传感器程序........................... 11 7作品实物图展示 ................................................... 13 8实验小组成员分工 ................................................. 13 9实验总结 ......................................................... 14 10 参考文献................................................................................................................15 11.小组成员评分........................................................................................................16

摘 要

在当前社会的发展之下，无线网络发展的越来越快，作为无线网络中的zigbee也是大受关注。

全民防火已成了生活中的话题，但是目前许多设计都是围绕大型火灾报警来建设，如商圈，会场，公共场所。因此，我们就很有需要去研制一种相对简单、且经济实用的家用烟雾检测系统来适应市场的需求。

该设计是采用了烟雾传感器的实验火灾检测，传感器采用MQ-2型半导体可燃气体敏锐元件烟雾传感器完成烟雾的检测。烟雾报警器是由烟雾信号采集，32芯片内部A/D转换，以及显示电路。该设计主要是针对烟雾报警系统中的各个模块及各模块的功能连接方式，以及系统软件怎么设计作了简单的分析和解答。

关键字：烟雾报警器；ZigBee；无线控制

I

Abstract

Under the current social development, the development of the wireless network is more and more quickly, as the zigbee wireless network is also a big concern.

The national fire prevention has become an issue of life, but now many of the design is built around a large fire alarm to, such as business, conference, public places. As a result, we it is necessary to develop a relatively simple, and the economic and practical household smoke detection system to adapt to the demand of the market.

This design is to use the smoke sensor experiment of fire detection, sensor adopts MQ - 2 type semiconductor gas sensitive element smoke sensor complete smoke detection. Smoke alarm is made up of smoke signal acquisition, 32 chip internal A/D conversion, and display circuit. This design is mainly aimed at the smoke alarm system function modules and the modules of connection mode, and how to design a simple analysis system software and solutions.

Key words: smoke alarm; ZigBee; wireless control

II

基于zigbee的烟雾检测系统

1 设计意义与目的

1.1 目的

设计一个由ZigBee控制的烟雾报警器，可以对房间的烟雾进行检测，如果超过设定的浓度，采取相应措施。PC端控制软件可以用VB语言，对VB串口控件熟悉的掌握。同时要求学生对CC2530芯片编程和ZigBee协议栈有相当程度的理解与熟练的应用，熟悉ZigBee串口及中断的使用。

1.2 意义

火灾已经成为生活中常常反复发作和毁灭性的灾害，中国最强

的冲击。随着社会和经济的发展，防火工作越来越重要，但是目前国内的许多研发都侧重于大型场所的火灾报警。因此，我们就有必要研制一种结构简单、经济实用的家庭烟雾报警器以适应市场的需求。基于供家庭使用的烟雾报警器应该具备的基本要求和功能，设计了一种比较适合的烟雾报警器。

2 设计内容

2.1 烟雾报警器的工作原理

烟雾报警器能够检测到烟雾的环境中的浓度，并发出报警设备。

报警系统的最基本组成部分应该包括：信号采集数字到模拟转换电路，单片机控制电路，电路，声光报警电路和安全保护电路等组成字

1

基于zigbee的烟雾检测系统

符显示部分。

为了满足家庭和工业烟尘等地的易燃，易爆的安全要求，设计烟雾报警器报警状态。报警器带延时工作，烟雾探测报警器，以STM32F103VET6为核心，采用MQ-2半导体气体传感器烟雾烟密度信息的收集，配合外围电路构成烟雾报警系统。本设计有硬件设计和软件编程两个部分。

2.2 设计方案

（1）了解烟雾传感器工作原理，根据原理画好PCB原理图。 （2）根据PCB原理图自制PCB板电路，将液晶屏，烟雾传感器，ZigBee开发板等相关元件设备进行集成。

（3）测试PCB电路，检查相关电路能否正常工作，以及ZigBee核心板的能否正常调试。

（4）在完成电路调试后，用下载器下载调试程序成功完成程序对相关元件的驱动

（5）实验完成后做好相应的实验总结。

2

基于zigbee的烟雾检测系统

2.3 结构组成

从设计的功能来分析该系统须包括以下结构：

电源 烟雾信号采集 中间接口电路 电源开关 ZigBee 显示电路 协调器控制

图1 总体设计框图

2.4 实验所需器材

1.ZigBee核心板 9保险座 2.烟雾传感器（MQ-2） 10.散热器 3.LED发光二极管 11.电阻 4.贴片三极管 12.贴片三极管 5.变压器 13.电容 6.稳压集成块（L7805） 14.电位器 7.整流桥 15.排座 8.电解电容 16.液晶屏模块

3

基于zigbee的烟雾检测系统

3 实验电路图

图 3.1 烟雾传感器原理图

图3.2 PCB图

4

基于zigbee的烟雾检测系统

图 3.3 协调器原理图

4相关模块的性能参数

4.1 ZigBee核心板相关简介

一．高性能、低功耗的8051微控制器内核 二．电源电压范围宽（2.0V~3.6V） 三．具有八路输入8~14位ADC 四．2个支持多种串行协议的USART 五．一个通用的16位和2个8位定时器

4.2 烟雾传感器性能参数

一、 尺寸：32mm X22mm X27mm 长X宽X高 二、 主要芯片：LM393、ZYMQ-2气体传感器

5

基于zigbee的烟雾检测系统

三、 工作电压：直流5伏 四、 特点：

1、具有信号输出指示。

2、双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出） 3、模拟量输出0~5V电压，浓度越高电压越高。

4、对液化气，天然气，城市煤气，烟雾有较好的灵敏度。 5、具有长期的使用寿命和可靠的稳定性 6、快速的响应恢复特性 五、应用：

适用于家庭或工厂的气体泄漏监测装置，适宜于液化气、丁烷、丙烷、甲烷、酒精、氢气、烟雾等监测装置。

符号 Vc VH RL RH PH 参数名称 回路电压 加热电压 负载电阻 加热电阻 加热功耗 技术条件 ≤15V 5.0V±0.2 V 可调 31Ω±3Ω ≤900mW 表4.1 标准工作条件

备注 AC or DC AC or DC 室温 6

基于zigbee的烟雾检测系统

符号 Tao Tas RH O2 参数名称 使用温度 储存温度 相对湿度 氧气浓度 技术条件 -10℃-50℃ -20℃-70℃ 小于 95%RH 21%(标准条件) 氧气浓度会影响灵敏度特性 表4.2. 环境条件

备注 最小值大于２％

7

基于zigbee的烟雾检测系统

符号 Rs 参数名称 敏感体表面电阻 技术参数 3KΩ-30KΩ (1000ppm 异丁烷 ) 备注 探测浓度范围 100ppm-10000ppm 液化气和丙烷 浓度斜率 α(3000/1000) 异丁烷 标准工作条件 ≤0.6 300ppm-5000ppm 丁烷 5000ppm-20000ppm 甲烷 温度： 20℃±2℃ Vc:5.0V±0.1V 相对湿度： 65%±5% Vh: 5.0V±0.1V 300ppm-5000ppm 氢气 100ppm-2000ppm 酒精 预热时间 不超过1小时 表4.3 性能参数

5 系统主程序设计及流程图

主程序流程图如下图所示。首先，要预热传感器，MQ-2烟雾半导体电阻式传感器不通电一段时间储存后，再通电时，烟雾传感器不能立即妥善收集的信息，需要一些时间来热身。初始化之后，系统进入监视状态。

8

基于zigbee的烟雾检测系统

开始

程序初始化

传感器预热处理 信号采集 A/D转换 ZigBee处理，判断否超过设定显示值 是 进入显示程序 否

6 软件程序功能实现模块

6.1 基于VB语言上位机程序控制

void SampleApp_MessageMSGCB( afIncomingMSGPacket_t *pkt ) //此函数是将zigbee模块的收到的信息发送给PC {

uint16 flashTime;

9

基于zigbee的烟雾检测系统

switch ( pkt->clusterId ) { uint8 i,len;

case SAMPLEAPP_WANGPENG_ID: //王鹏组

HalUARTWrite(0,&pkt->cmd.Data[0],8); HalUARTWrite(0,\ break;

case SAMPLEAPP_CHENGNIAN_ID : //程念组 HalUARTWrite(0,&pkt->cmd.Data[0],5); HalUARTWrite(0,\ break;

case SAMPLEAPP_GUANG_ID: HalUARTWrite(0,&pkt->cmd.Data[0],8); HalUARTWrite(0,\ break;

case SAMPLEAPP_JING_ID : HalUARTWrite(0,&pkt->cmd.Data[0],4); HalUARTWrite(0,\ break;

case SAMPLEAPP_COM_CLUSTERID:

if(pkt->cmd.Data[1]=='G') {

Go(); }

else if(pkt->cmd.Data[1]=='B') {

Back(); }

else if(pkt->cmd.Data[1]=='S') {

Stop(); }

else if(pkt->cmd.Data[1]=='R') {

Right(); }

else if(pkt->cmd.Data[1]=='L') {

Left(); }

for(i=0;i

10

//谢金光组 //王静组 //如果是串口透传的信息杨平组 基于zigbee的烟雾检测系统

HalUARTWrite(0,&pkt->cmd.Data[i+1],1);//发给PC机 HalUARTWrite(0,\ // 回车换行 break;

6.2 ZigBee核心板下位机烟雾传感器程序

void SampleApp_Init( uint8 task_id ) {

SampleApp_TaskID = task_id;

SampleApp_NwkState = DEV_INIT; SampleApp_TransID = 0;

MT_UartInit();//串口初始化

MT_UartRegisterTaskID(task_id);//登记任务号

HalUARTWrite(0,\（串口0，'字符'，字符个数。）

/******烟雾传感器电路初始化******/

P2SEL &= ~0X01; //设置P0.0为普通IO口

P2DIR &= ~0X01; // 在P0.0口，设置为输入模式 P2INP &= ~0x01; //打开P0.0上拉电阻

void SampleApp_MessageMSGCB( afIncomingMSGPacket_t *pkt ) {

uint16 flashTime;

switch ( pkt->clusterId ) {

case SAMPLEAPP_POINT_TO_POINT_CLUSTERID: if(pkt->cmd.Data[0])

HalUARTWrite(0,\ //有烟雾 else

HalUARTWrite(0,\ //有烟雾

break;

case SAMPLEAPP_FLASH_CLUSTERID:

flashTime = BUILD_UINT16(pkt->cmd.Data[1], pkt->cmd.Data[2] ); HalLedBlink( HAL_LED_4, 4, 50, (flashTime / 4) ); break; } }

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/bfk7.html