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1、第38卷第12期西南师范大学学报(自然科学版)2013年12月Vol.38No.12JournalofSouthwestChinaNormalUniversity(NaturalScienceEdition)Dec.2013文章编号:10005471(2013)12015806基于物联网和Zigbee技术的图书馆火情监控系统设计①赵林静1,陈文文21.中国民用航空飞行学院图书馆,四川广汉618307;2.西南大学图书馆,重庆400715摘要:针对以往火情监控系统往往采用有线组网方式,具有布线繁琐、扩展性差以及维护困难的问题,提出了一种基于物联网和Z
2、igBee无线通信技术的图书馆火情监控系统设计方案.首先,设计了系统的总体构架,将系统分为感知层、传输层和应用层3个部分;然后,给出了系统硬件设计方案,对ZigBee传感器节点、路由器以及协调器均进行了设计;最后,对网络拓扑结构、各节点的软件流程、MAC层协议以及监控主机软件进行了描述和分析.通过系统测试表明文中系统可以正确、实时地采集图书馆温度、湿度和烟雾等火情信息,并具有部署方便、成本低的优点.关键词:物联网;图书馆;ZigBee;火情中图分类号:G354文献标志码:A图书馆是一个搜集、整理和收藏图书资料并供读者参考和研究的学术机构,其收藏的图
3、书、报刊、影音等材料均为可燃物品,耐火等级低,而图书馆中的读者为流动人群,图书馆一旦发生火灾不仅可能造成一些绝版和稀缺书籍的烧毁,更严重地会威胁读者和工作人员的生命安全,因此,对图书馆的火情进行实[1-2]时监控具有重要意义.[3]无线传感器网路(Wirelesssensornetwork,WSN)是由大量具有感知和通信能力的微型传感器节点组成,具有组网灵活、结构简单的特点,目前已被应用于国防军事、医疗监测、自动灌溉、智能家居等[4-6]领域.以往对火情监控的系统往往采用有线组网方式,具有布线繁琐、扩展性差以及维护困难等问题,基于无线传感器网络的火
4、灾报警系统具有安装方便、无布线要求和扩展性好等优点,同时由于无线传感器网络的自组织性,使得火灾报警系统可以在很短时间内自动组网,实现对某监测区域的火灾情况进行实时监控.文献[7]设计了一个基于无线传感器网络的宿舍监控系统,将系统总体结构分为数据采集子系统、数据传输子系统和数据显示子系统.文献[8]设计了基于无线传感器网络的火灾探测节点并设计了基于CS-MA/CA机制的路由算法,使得终端节点能沿着最短路径将数据传送给基站.文献[9]设计了一种基于无线传感器网络的火灾模型,能实现对火灾位置和强度的精确预测,同时采用EM-MR算法实现对火灾模型的各参数估
5、计.文献[10]采用无线传感器网络对建筑火难求援中的网络覆盖、定位、求援以及节能等均进行①收稿日期:20130511基金项目:中国民用航空飞行学院科研基金资助项目(Q201163,J201381).作者简介:赵林静(1982),女,重庆江津人,硕士,馆员,主要从事数字图书馆的研究工作.2西南师范大学学报(自然科学版)http://xbbjb.swu.cn第38卷了分析并提出了具体的实现方法.上述工作均研究了将无线传感器网络应用于火情监控,具有重要的意义.本文在上述工作的基础上,设计了一种基于物联网技术和ZigBee的图书馆火情监控系统,其不仅能正确
6、实时地对图书馆火情进行监控,同时具有通信简单、易于使用和维护费用低的优点.1系统构架物联网(InternateofThings)即采用约定的协议,通过互联网、射频识别(RFID)、红外感应技术、激光扫描技术、无线通信技术、二维码、全球定位系统(GPS)等技术将需要通信的物体和设备连接起来,从而实现各种终端设备的智能识别、定位、监控以及管理.物联网的3个典型特征为:全面感知、可靠传递和智能处理,文中设计的图书馆火情监控系统可以分为感知层的ZigBee无线传感器网络、传输层的3G网络和互联网以及应用层的监控主机和手机,其组成可以表示成图1所示.其中,Z
7、igBee无线传感器网络是由大量终端传感器节点、路由器以及协调器组成,终端传感器节点采集的数据通过路由器发送到协调器,然后通过3G网络通过短信方式发送到手机终端,或者由3G网络通过移动基站和互联网将数据发送给监控主机,由监控图1图书馆火情监控系统总体结构软件对数据进行存储、分析和处理.当发现监测数据值超过某预设阈值时,及时进行进一步处理.ZigBee传感器网络中的每个终端传感器节点位置确定,从而可以准确上传火点位置.2系统硬件组成ZigBee节点主要包含终端传感器节点、路由器以及协调器,其中传感器节点只负责数据采集和传送,路由器负责数据传送,协调器
8、负责维护网络、转发命令以及接收路由器转发的数据.2.1终端传感器节点和路由器硬件设计终端传感器节点硬件结构如图2所示.终端
