物聯(lián)網架構下的智能火災預警系統(tǒng)

作者：時間：2013-04-23 來源：網絡

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2．2 傳感器單元設計
參考文獻對火災產生的原因、火災預警原理及火災信號選取做了詳細的分析?；诖耍鶕馂陌l(fā)生的前期特征，系統(tǒng)分別選取了溫度、濕度、煙霧和CO濃度作為火災監(jiān)測對象。各傳感節(jié)點采用多傳感器技術，分別連接了DHT21溫濕度傳感器、MQ2煙霧傳感器和MQ7一氧化碳傳感器。DHT21是含有已校準數字信號輸出的溫濕度復合傳感器，采用單排4針引腳封裝。使用時，只需將DATA引腳連接到MCU的任意GPIO即可，這里是連接到CC2530的P1 5引腳。另外，為了確保CC2530對DHT21有足夠的驅動能力，在DHT21 DATA引腳接有5．1 kΩ的上拉電阻，確保芯片有合適的灌電流。這樣，只要按照DHT21的邏輯時序編寫程序，控制MCU引腳的輸入／輸出，就可以從DATA引腳準確讀出溫濕度數據。
MQ2和MQ7傳感器都屬于氣敏型傳感器，兩者的原理相似，都屬于MQ傳感器。MQ傳感器所采用的氣敏材料是在清潔空氣中電導率極低的SnO2，當將它放置于某種敏感氣體環(huán)境中時，電導率將隨該種敏感氣體濃度的增大而增大。因此，在驅動MQ傳感器時，只需根據傳感器特性搭建合理的驅動電路即可。MQ傳感器的輸出均為模擬量，故應交由MCU進行A／D轉換。CC2530的P0口是其內部ADC的8通道輸入端口，故將MQ2和MQ7的輸出端分別連接至P0_0引腳和P0_1引腳。MQ傳感器有6只針狀引腳，如圖2所示。2引腳和5引腳用于提供加熱電流，供電電壓為5 V，其余引腳用于信號取出。通過電路分析可知，4引腳和6引腳的輸出電壓為

。Rs為敏感體電阻，阻值一般為2～20 kΩ。當空氣中的敏感氣體濃度增加時，電導率增加，Rs下降，故輸出電壓Uout增大。電位器RL除了起到限流作用外，最主要的作用就是實現對WSN節(jié)點靈敏度的調節(jié)和校準。由于MQ傳感器內部的氣敏元件在不同環(huán)境下對不同種類、不同濃度的氣體有著不同的阻值Rs，因此為精確考慮，在溫、濕度變化較大的環(huán)境中，需要對節(jié)點的靈敏度進行調節(jié)，這也是系統(tǒng)增加濕度測量的一個主要原因。

3 系統(tǒng)軟件設計
3．1 ZigBee—WSN軟件設計
底層的數據采集網絡采用ZigBee2007協(xié)議規(guī)范設計，基于TI公司提供的半開源Z-Stack協(xié)議棧開發(fā)。系統(tǒng)的整體流程如圖3所示。

本文引用地址：http://www.biyoush.com/article/159419.htm

3．2 系統(tǒng)GUI設計
由于要求控制管理中心PC提供良好的人機交互環(huán)境，故采用圖形用戶界面(Graphical User Interface ，GUI)設計。采用GUI設計的優(yōu)勢就在于它提供的界面具有友好性，可以幫助減少用戶的認知負擔，滿足不同用戶的設計需求。當前較為流行的GUI設計技術包括MiniGUI、OpenGUI、Microwindows／Nano—X、Qt等，另外，采用VC++、VB等也可以完成GUI的開發(fā)。但是，這些軟件在API的封裝性、跨平臺性、代碼量、設計難度和開發(fā)周期上都存在很大差異，擁有各自的優(yōu)點和缺點。因此，綜合考慮各種因素，這里采用Qt技術設計系統(tǒng)的GUI。設計是基于Qt 4．7 SDK完成的，該軟件版本集成了Qt 4．7．4和Qt Creater 2．4．1集成開發(fā)環(huán)境(IDE)。
設計時，首先在main．cpp文件中創(chuàng)建QApplication類對象。QApplication類主要用于設置和管理GUI應用程序及其控制流，包括控制主事件的循環(huán)、初始化和結束來自用戶接口或其他系統(tǒng)資源的應用程序、提供會話管理等。然后就可以根據系統(tǒng)需要添加實際應用，這里設計了一個系統(tǒng)登錄窗口和一個控制管理窗口，分別命名為logindlg．cpp和firesystem．cpp。添加完成后，將自動生成相應的頭文件(logind lg．h、firesystem．h)和界面文件(logindlg．ui、firesystem．ui)。
控制管理中心PC要接收網絡管理節(jié)點發(fā)送的環(huán)境監(jiān)測數據，因此實現串口通信是進行GUI設計的關鍵。Qt本身并沒有提供串口控制類，故需要采用第三方編寫的qextserialport類。qextsetialport類實際上是QIODevice的派生類，使用時，需要為工程添加相應的類文件qextseri albase．cpp、qextserialbase．h以及win_qextserialport．cpp、win_qextserialport．h。設計控制管理窗口時，為了保證系統(tǒng)配置的靈活性，在UI設計窗口中分別添加“端口號”、“波特率”、“數據位”、“校驗位”、“停止位”5個Combo BOX下拉列表。然后通過按鍵Push Button進行系統(tǒng)的開啟和關閉設計。Push Button的觸發(fā)采用的是Qt提供的信號與槽機制，所有從QObject類及其子類派生的類都可以使用該機制。信號與槽機制是Qt的核心機制，它為用戶提供了一種高級接口，該接口可用于各類應用對象之間的通信。這里僅給出實現串口通信的幾個重要函數。