無線射頻芯片與單片機系統(tǒng)相結(jié)合，可以實現(xiàn)早期火災(zāi)信號的探測和預(yù)報警。本文主要介紹基于zigbee標準的射頻芯片cc2500和以stc89le516ad單片機為核心的無線火災(zāi)報警系統(tǒng)的硬件電路及軟件流程設(shè)計。該系統(tǒng)通過射頻收發(fā)模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

    現(xiàn)有的火災(zāi)報警系統(tǒng)，多采用有線技術(shù)進行火災(zāi)傳感器網(wǎng)絡(luò)的組建。這類方案的特點是擴展性能差，布線繁瑣，影響美觀。由于采用硬線連接，線路容易老化或遭到腐蝕、鼠咬、磨損，故障發(fā)生率較高，誤報警率高。采用無線傳輸方式構(gòu)建的無線火災(zāi)傳感器網(wǎng)絡(luò)恰好可以避免這些問題。相對而言，無線的方式比較靈活，避免了重新布線的麻煩，網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施不再需要掩埋在地下或隱藏在墻里，無線網(wǎng)絡(luò)可以適應(yīng)移動或變化的需要；但是，無線通信技術(shù)在火災(zāi)監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用相對還是很少。這主要是因為目前沒有一項無線通信技術(shù)適合在火災(zāi)監(jiān)控領(lǐng)域進行廣泛的推廣，而且現(xiàn)有一些無線通信產(chǎn)品的價格偏高，導致無線通信技術(shù)在火災(zāi)監(jiān)控中的應(yīng)用停滯不前。

    隨著近年來人類在微電子機械系統(tǒng)、無線通信、數(shù)字電子方面取得的巨大成就，使得發(fā)展低成本、低功耗、小體積、短距離通信的多功能傳感器成為可能。zigbee技術(shù)的出現(xiàn)就解決了這些問題。將無線zigbee傳感器網(wǎng)絡(luò)和人工智能結(jié)合，可以大大提高火災(zāi)報警系統(tǒng)的可靠性。正是由于zigbee技術(shù)具有功耗極低、系統(tǒng)簡單、組網(wǎng)方式靈活、成本低、等待時間短等性能，相對于其他無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它更適合于組建大范圍的無線火災(zāi)探測器網(wǎng)絡(luò)。

    1 zigbee技術(shù)簡介[1-2]

    1.1 zigbee技術(shù)產(chǎn)生背景

    為了滿足小型、低成本設(shè)備無線聯(lián)網(wǎng)的要求，2000年12月成立了ieee 802.15.4工作組，主要負責制定物理層和mac層的協(xié)議，其余協(xié)議主要參照和采用現(xiàn)有的標準；高層應(yīng)用、測試和市場推廣等方面的工作則由成立于2002年8月的聯(lián)盟負責。聯(lián)盟由英國invensys公司、日本三菱電氣公司、美國motorola公司以及荷蘭philips公司組成，如今已經(jīng)吸引了上百家芯片公司、無線設(shè)備公司和開發(fā)商的加入。

    1.2 zigbee技術(shù)概述

    zigbee技術(shù)是一種近距離、低復雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，主要適合于自動控制和遠程控制領(lǐng)域，可以嵌入到各種設(shè)備中，同時支持地理定位功能。

    一般而言，隨著通信距離的增大，設(shè)備的復雜度、功耗以及系統(tǒng)成本都在增加。相對于現(xiàn)有的各種無線通信技術(shù)，zigbee技術(shù)將是功耗和成本最低的技術(shù)；但是zigbee技術(shù)的數(shù)據(jù)速率低和通信范圍較小的特點，又決定了zigbee技術(shù)適合于承載數(shù)據(jù)流量較小的業(yè)務(wù)。

    zigbee技術(shù)可采用的拓撲模型有星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和簇狀樹形結(jié)構(gòu)(mesh)。前兩者的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

    圖1 zigbee網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)

    1.3 zigbee技術(shù)優(yōu)點

    zigbee技術(shù)有以下特點:

    ① 省電。由于工作周期很短、收發(fā)信息功耗較低，并且采用了休眠模式，因此zigbee技術(shù)可以確保2節(jié)五號電池支持長達6個月到2年左右的使用時間。不同的應(yīng)用對應(yīng)的功耗自然是不同的。

    ② 可靠。采用了碰撞避免機制，同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。mac層采用了完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制，每個發(fā)送的數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息。

    ③ 成本低。模塊價格低廉，且zigbee協(xié)議是免專利費的。

    ④ 時延短。針對時延敏感的應(yīng)用作了優(yōu)化，通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短。設(shè)備搜索時延典型值為30 ms，休眠激活時延典型值是15 ms，活動設(shè)備信道接入時延為15 ms。

    ⑤ 節(jié)點通信設(shè)置易于配置。

    ⑥ 網(wǎng)絡(luò)容量大。zigbee可以采用星形、網(wǎng)狀、串狀結(jié)構(gòu)組網(wǎng)，而且可以通過任一節(jié)點連接組成更大的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。從理論上講，其可連接的節(jié)點多達64 000個。1個 zigbee網(wǎng)絡(luò)最多可以容納254個從設(shè)備和1個主設(shè)備，1個區(qū)域內(nèi)可以同時存在最多100個zigbee網(wǎng)絡(luò)。

    ⑦ 安全。zigbee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，加密算法采用aes128，同時各個應(yīng)用可以靈活確定其安全屬性。

    ⑧ 全球通用性和完好的開放性。zigbee標