基于zigbee的物联网安防系统设计

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网络安全技术与应用2017,11,118-118+120基于ZigBee的物联网安防系统设计曹文田高彦刘宗武中国人民解放军78156部队导出/参考文献关注分享收藏打印摘要：随着自动化技术、计算机技术以及传感器等先进技术的飞速发展，使得集计算机网络系统、全自动控制系统以及现代无线通信技术于一身的现代M络化智能控制系统得到了广泛应用，本文运用ZigBee自组网技术作为安防物联网核心组网技术，依靠可燃气体传感器对煤气、天然气、沼气等可燃气体进行监测，通过红外传感器来完成对人体等可能出现红外现象的探测，利用感温传感器则对火灾、烟雾进行报警，使用玻璃碎片传感器针对破碎的玻璃、窗户等尖锐物体进行辨别，釆用门磁传感器对房屋门U进行重点监控，来实现智慧小区、智慧房屋等设施的安全功能。关键词：2igBee;传感器;智能安防;物联网；0引言随着高科技不停涌现并II随之应用时，也产生了各种不利因素，诸如电热水器、电热锅、天然气和微波炉等产品的使用，都会招致各种事故的产生；同时某些违法分人员的存在，就会导致各式各样的犯罪违法行为的发生，在此种背景之下，并且通过分析大量国内国外的智能安防系统，本文选用ZigBee技术此种极其适合现代人无线网络控制系统的最新的无线网络通信技术。在实际的量化投产的使用过程中，往往要减少成本，并II网络结构要尽可能的简洁实用，方便安装。为此，提出如下设计原则：(1)自组织:所有前端的节点依靠彼此进行组织，组网的同时无需主人进行预先设罝。(2)低成木:在网络中，需要安装的传感器的数量庞大，因此应选用价格低廉的传感器构成节点来组成网络。 (1)标准化:对网络中全部的传感器等终端的量化标准实行标准化。(2)嵌入式方面的运用：节点依靠集成了嵌入式技术的设备，或者其他种类的设备来完成数据转接，通过这种方法，可以节约成本。1总体结构系统由多传感器组建的无线网络、监控单元和控制单元组成，其总体结构如阁1所示。蜂鸣报钤器红外可燃气体门磁玻璃破碎感温传感器I/0nI/O口协调器(ZigBee模块)中央处理器I/O口灯光、排气扇控制模块图1系统结构框图下载原图智能安防的无线传感器网络是由终端节点、路由器节点以及协调器节点组成的。节点传感器零零散散地布置在环境当中，传输方式为多跳路由的形式。在实际应用中，智能安防的无线传感网络通过协作方式来感知、采集、处理以及传送网络中被网络感知对象的信息。经过处理后把这些信息送至计算机控制中心。 以计算机为核心进行检测传感器的监控单元的主要构成部分就是计算机检监测心。其可通过GSM等手机网络将报警信息直接发送到手机客户终端，并且用户还可通过PC终端来査看视频信息，确定是否存在误报警，如果属于误报警，用户则可以通过ZigBoc网络使用PC终端來发送复位指令取消报警状态;若用户确定其属于正常报警情况，则可发送执行命令来进行控制扬声器来向不法分子发出警告等。不一样类别的传感器被放在不同的地方。在房门的位置上，设置了门磁传感器，天花板上装有感温以及可燃气体传感器。而将可燃气体传感器也同时布置在了厨房等含有燃料的地方，同吋，在房子的大部分区域都安装着大量的红外传感器。以上数据会依靠路由器的收集后会进行传输至云端。在整个网络的设计中，节点的设计一般要视具体要实现的功能而定。基于这点，要实现不同的功能往往要采用不同的方法。现代智能的安防网络中一般包括3个节点:传感器终端节点、路由器节点以及协调器节点，各自作用如下：(1)终端节点可分成收集节点和控制节点。收集节点作用是监控数据的不正常变化，并数字化后存储，同时通过信道传给路由器。而控制节点会执行控制命令。(2)协调器节点：负责汇总网络中的全部数据，是网络中各个子节点的中心点与关键节点，能够组建、维持及管控整个传感器系统。另外，利用串口来完成与终端间的信息的传输。(3)路由器节点负责转发，大量的数据信息会通过路由器的传导作用进行分发。此时，路由表也在实时地刷新着，A的是匹配适合的路由，实现信息的路线寻找和路由保护，为协调器与终端中间进行接续。1.1路由节点整个无线网络中，起到中继功能的就是路由器。一旦中继面临瘫痪的时候，协调器就会完成中继，即两者之间可以互补。冋吋，在网络发生故障吋，路由节点可以作为一种屮继器来建立终端节点与协调器之间的通信。利用此种方法，网络容错会增强。同时也基本上杜绝了数据丢失以及系统崩溃等问题的发生。设计流程:路由节点设罝后，就初始化，然后按照图中所示进行。当条件许可时,如果有加入到网络中的信号则网络会自动给其分配地址。一旦出现情况，则会再一次进行步骤。当路由节点加入到网络后，就循环执行设置编码好的循环函数，每个循环都会将所收到的数据转发出去。1.2终端节点ZigBee的终端节点主耍用于信息采集模块当中的传感器节点，由传感器构成。由于传感器节点不需频繁的发射大量数据，而只是当产生报警信息时，才与其父节点通信，因此要选用成本低廉的RR)作为终端节点。终端节点的设计可分成软件部分和硬件部分:软件部分的操作主要是完成各类传 感器的驱动功能，硬件部分就是那些物理实体，主要是对于各种传感器和接U电路的设计，比如通过无线或者有线的连接方式将传感器设备设计好的各种电路。在RFD节点上，程序首先初始化，接着打开传感器电源。然后初始化协议栈，发送信号，等待前面路由节点的回应，同时给自身设置网络号。最后程序会执行函数RfdWork(),来监测有无传感器信号的产生。1.3协调器节点ZigBee协调器会执行控制中心的命令，对应的解决问题。在这同吋，网络协调器还负责将各个节点收集到的数据传至系统控制中心。在完成前段初始化等步骤后，程序进入应用层，进入到无线监控状态，监视空气中的无线信号，扫描有无报警的信号被检测到，扫描有无报警信号，如果有RTO或者路由节点中请添加到网络，则液晶显示屏和串口都会输出并显示当前网络中有新的或者路由节点加入，同吋会显示新加入的节点的物理地址，随后，网络协调器也会给该节点分配网络地址。同样，节点发來的报警信息，也会在液晶屏上显示出来，通过申口进行处理。2设计组网唯一的网络标识符在每个独立的ZigBee网络中都会存在，那就是网络号。在一个网络当屮，全部设备都具有各自的64位长度的地址码，此地址码可在网络当中建立实时通信。利用网络标识符，可以将己经建立好连接的各个设备之间的长地址码转化为16位短地址码来分配给网络设备。所以，当网络协调器进行连接时，使用64位地址码，而要采用16位短地址码实现链接，只有连接成功并且系统对网络标识符进行分配后才可实现。网络协调器节点进行电激活后，最开始先对物理层预先的信道能量监测，用以检测杂波，同时对被检测的信道按照能量的多少来进行编排，然后继续执行主动扫描这一步骤用以筛选某个最好的信道来当做目前的工作信道。建立协调器节点的网络后，进行广播信标帧，然后接受节点的入网申请。其它所有节点都当做该网络的子节点进行发送入网请求，并寻找网络，一但找到网络，节点就会根据获取的网络信息进行选择某个母节点来提出入网申请，并且等候母节点回送的请求响应。当母节点收到入网请求后，将会依靠申请的信息来做出是否通过其添加网络的评判，如果中请通过，那么母节点将会发出请求响应，从而通知子节点。一旦子节点收到了请求响应之后，将会得到母节点分发的一个网络号来当做在网络中唯一的识别，完成此步骤后，节点就成功加入到网络。至此，网络通过一步一步的短地址分配，网络屮所有的节点都将构成树型的网络拓扑结构。3结语 木文运用ZigBee安防技术，依靠无线传感器对各类有效物理信息实行收集，再依靠每个功能模块构成的无线网络进行传输信息汇总到后台软件，同吋提示相关人员及时处理问题。运用ZigBee自组网技术作为安防物联网核心组网技术，依靠可燃气体传感器对煤气、天然气、沼气等可燃气体进行监测，通过红外传感器来完成对人体等可能出现红外现象的探测，利用感温传感器则对火灾、烟雾进行报警，使用玻璃碎片传感器针对破碎的玻璃、窗户等尖锐物体进行辨别，采用门磁传感器对房屋门U进行重点监控，来实现智慧小区、智慧房屋等设施的安防功能。