基于Zigbee技術(shù)的熱釋電紅外報(bào)警器設(shè)計(jì)

本設(shè)備選用的Zigbee芯片為德州儀器公司的CC2530。CC2530是一個(gè)真正的用于IEEE802．15．4、Zigbee和RF4CE應(yīng)用的片上系統(tǒng)，它能夠以非常低的總材料成本建立強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)；CC2530集成了業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的RF收發(fā)器、增強(qiáng)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8051 MCU，在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器，8-KBRAM和許多其他強(qiáng)大功能。CC2530部分的電路圖如圖3所示，兩個(gè)晶振32 MHz和32．768 kHZ，其中32．768 kHZ的晶振主要應(yīng)用于睡眠定時(shí)器，在實(shí)際應(yīng)用中如果不需要可以去掉以降低成本；RF端經(jīng)過(guò)處理后接收發(fā)天線，天線可以是外置天線，也可以是PCB天線，本設(shè)備設(shè)計(jì)的是倒F形狀的PCB天線，倒F天線具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、重量輕、可共形、制造成本低、輻射效率高、容易實(shí)現(xiàn)多頻段工作等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，非常適合應(yīng)用到本設(shè)備中。

3 軟件設(shè)計(jì)
CC2530片上系統(tǒng)結(jié)合德州儀器公司的Zigbee協(xié)議棧，可以提供強(qiáng)大和完整的Zigbee解決方案。本設(shè)備在軟件上移植了德州儀器的zSTACK協(xié)議棧，該協(xié)議棧提供了一個(gè)名為操作系統(tǒng)抽象層OSAL的協(xié)議棧調(diào)度程序，OSAL提供任務(wù)調(diào)度、時(shí)間管理、原語(yǔ)通信等系統(tǒng)功能，基于OSAL可以方便完成各種軟件任務(wù)。
設(shè)備的主要軟件流程如圖4所示，系統(tǒng)完成硬件等的各種初始化任務(wù)后，尋找Zigbee網(wǎng)絡(luò)中的的協(xié)調(diào)器設(shè)備，將本節(jié)點(diǎn)的基本信息通知協(xié)調(diào)器，成功加入到該網(wǎng)絡(luò)；系統(tǒng)處理完各個(gè)任務(wù)后，進(jìn)入到低功耗休眠狀態(tài)，以節(jié)省電量；當(dāng)處理器接收到紅外報(bào)警信號(hào)處理器發(fā)過(guò)來(lái)的中斷信號(hào)時(shí)，結(jié)束休眠狀態(tài)進(jìn)入中斷處理程序，處理程序?qū)?bào)警信息通過(guò)射頻發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器；系統(tǒng)處理完后再次進(jìn)入到休眠狀態(tài)。

低功耗設(shè)計(jì)為軟件設(shè)計(jì)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在此重點(diǎn)介紹一下。zStakc提供了兩種sleep模式，LITE和DEEP。當(dāng)系統(tǒng)需要喚醒去執(zhí)行一些周期性的事件時(shí)，使用LITE sleep；當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有被定制周期事件而是通過(guò)外部中斷來(lái)喚醒設(shè)備，使用DEEP sleep。本設(shè)備的大部分時(shí)間都是處于DEEP sleep狀態(tài)，這樣才能降低功耗。實(shí)現(xiàn)低功耗的具體步驟為：在編譯選項(xiàng)中添加POWER_SAVING，開啟系統(tǒng)低功耗支持；在系統(tǒng)配置文件中關(guān)閉自動(dòng)輪詢消息功能，將DPOLLRATE、DQUEUED_POLL_RATE、DRESPONSE_POLL_RATE 3個(gè)參數(shù)設(shè)置為0，并將DRFD_RCVC_ALWAYS_ON參數(shù)設(shè)置為FALSE；關(guān)閉系統(tǒng)的按鍵輪詢?nèi)蝿?wù)，確定系統(tǒng)沒(méi)有周期性的激勵(lì)事件。設(shè)置成功后，系統(tǒng)在沒(méi)有喚醒事件是就會(huì)進(jìn)入低功耗休眠狀態(tài)。

4 設(shè)備應(yīng)用
將本設(shè)備主要應(yīng)用于智能家居系統(tǒng)中。本設(shè)備上電工作之前，應(yīng)該確定Zigbee網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)建立，設(shè)備上電后會(huì)自動(dòng)加入該Zigbee網(wǎng)絡(luò)，并向網(wǎng)絡(luò)中的協(xié)調(diào)器發(fā)送自身的設(shè)備信息，協(xié)調(diào)器保存設(shè)備信息用于管理和控制設(shè)備；該報(bào)警設(shè)備可以覆蓋周圍角度120度、范圍4～10 m的空間，當(dāng)設(shè)備處于布防狀態(tài)時(shí)，如果有人體進(jìn)入布防空間報(bào)警器會(huì)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，并上報(bào)；報(bào)警器設(shè)備采用兩節(jié)5號(hào)干電池供電，設(shè)備在休眠狀態(tài)的電流消耗僅為10μA，可以正常工作一年以上的時(shí)間。
本設(shè)備在實(shí)際時(shí)，要符合安裝要求。一般應(yīng)安裝在離地面2 m左右的位置；設(shè)備應(yīng)遠(yuǎn)離空調(diào)、射燈等空氣溫度變化敏感的地方；避免有大型遮擋物和正對(duì)窗口；避免陽(yáng)光照射。符合安裝條件的設(shè)備，可以達(dá)到最佳檢測(cè)效果。

5 結(jié)論
本熱釋電紅外防盜報(bào)警器基于Zigbee技術(shù)，在硬件上選用德州儀器的CC2530片上系統(tǒng)作為解決方案，在軟件設(shè)計(jì)上移植了zSTACK協(xié)議棧，提供了完整的Zigbee網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。該報(bào)警器已經(jīng)通過(guò)測(cè)試，實(shí)際應(yīng)用中表明該報(bào)警器具有功耗低、靈敏度高、便于組網(wǎng)、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。