一种低功耗执勤监控方法

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摘 要：针对执勤设备不能得到及时维修的问题，文章提出了基于Zigbee的低功耗执勤监控系统，并进行了设计优化。通过传感器模块采集目标数据，分析判断是否有目标事件的发生，然后利用数据传输模块以路由方式将判断结果进行上传。实验结果表明：该系统方案设计详细、系统功能完善，系统实用性和可行性充分，性能良好，为武警执勤提供了可靠的技术保障。

关键词：低功耗;数据传输;武警执勤监控系统

1 前言

现有的执勤方法存在一定的问题，严重制约了执勤能力建设的发展，这些问题主要表现在：（1）现有执勤设施不能保证全时、全部监控（2）现有执勤设施功耗太大，造成不必要的资源浪费，如探照灯、视频拍摄、图像传输、电网、红外对射等都耗费大量的资源与能量。针对执勤监控管理存在的问题，文章提出了一种基于Zigbee的执勤监控系统设计方法[1]。

2 执勤监控系统设计

2.1 总体设计

执勤监控系统由传感器模块、路由模块、网络协调器模块及监控中心构成。通过传感器模块对数据信息和图像信息进行实时采集，然后通过处理器对数据信息进行分析[2]、判断得出定性的结果，接着将数据结果传输给路由模块，路由模块实现对数据的中转后，再将数据结果传输给网络协调器模块，网络协调器模块对数据进行总结，通过串口将数据传输到监控中心进行处理、显示与报警。

2.2 系统硬件设计

系统模块按功能划分为无线传感器模块、路由模块及网络协调器模块。其中传感器模块包括电源模块、CC2431无线通信模块。路由模块包括电源模块、CC2431无线通信模块。网络协调器模块包括电源模块、CC2431无线通信模块。

（1）CC2431无线通信模块设计。无线通信模块由CC2431芯片及其电路组成，CC2431芯片将8051内核与无线收发模块集成到一个芯片中，可以同时实现数据处理与无线射频传输的功能。原理图主要包括接口电路、3.3V和1.8V电源滤波电路、芯片晶振电路、巴伦电路及复位电路5部分。

（2）电源模块设计。由于CC2431无线通信模块采用3.3V供电。因此电源模块采用降压芯片将5V的电压转换为3.3V的电压，以供系统使用，其中可以采用直流的5V电压作为电压输入，也可以采用5V电池作为电压输入。

2.3 系统软件设计

（1）数据接收端程序设计。数据接收端由网络协调器模块构成，主要完成数据的接收、采集指令的发送及与PC的串口通信，它负责根据Zigbee协议创建网络。它首先进行信道扫描，采用一个没有使用的空闲信道，同时规定网络的拓扑参数，如最大的儿子数、最大层数、路由算法、路由表生存期等。

（2）终端节点程序设计。终端节点包括路由模块与传感器模块，主要完成发现网络、加入网络、数据采集和发送及接收控制命令等功能，网络建立以后，终端节点就可以加入网络了。

3 执勤监控系统实现及关键技术

3.1 系统实现

将传感器模块布置在各监控点及监控区域，将路由模块布置在传感器模块之间，在监控中心部署网络协调器模块，最终形成Zigbee网络。为了保证执勤过程中值勤人员、值勤设备及执勤事件出现问题时能及时发现及处理，系统通过传感器模块不间断的检测值勤人员是否正常值勤、值勤设备是否正常工作及执勤事件是否发生等，如果采集到异常数据，系统会自动设计节点路由路径，传感器模块将根据路由路径经路由节点将异常数据送到网络协调器，由网络协调器对各传感器数据通过串口进行上传到监控中心，监控中心根据各传感器数据信息进行汇总计算，最终得出判断结果，并发出报警信号。

3.2 系统设计关键技术

执勤监控系统通过全部监控无死角、全时监控无间隔以及逐级报警等特点实现执勤工作的顺利进行。（1）全部监控无死角，全时监控无间隔。首先，执勤因素包括值勤人员、值勤设备及执勤事件，当所有值勤因素正常，系统通过监控所有执勤点、目标区域、值勤人员及值勤设备，保证出现数据异常时，系统能稳定工作，正常报警，这样就保证了对所有执勤因素的控制，这就是全部监控的设计思想。其次，所有设备根据采样频率及系统要求的时间间隔工作，相对于值勤人员对目标事件进行分析判断有一定时间间隔来说，设备会一直不间断的工作，这是全时监控无间隔的第一层意义。当设备出现故障需要维修时，系统会根据网络拓扑结构的变化自动设计数据传输路径，系统仍能正常运行，这就是全时监控的设计思想;（2）逐级报警设计。为了实现对目标事件及设备安全的及时正确监控。可以进行逐级报警设计。思想如下：目标区域执勤事件、设备及人员如果出现异常，通过设备检测，如果目标单位没有处理或处理失败则报告其上级单位。如果上级单位没有处理或处理失败则报告上级单位的上级单位，以此类推，最终实现对目标事件及设备安全的层级监督。

4 系统低功耗设计

首先，系统只传输数据结果及定性的分析及判断，以达到实现低功耗设计的目的[3]。另外，采用传感器模块休眠技术，令节点向其父节点发送数据采集结果成功后进入休眠，休眠计时时间到，节点开始下一轮的数据采集及发送过程。

5 实验验证

对系统分别进行网络数据测试和系统低功耗测试。系统网络数据测试结果表明：在系统工作状态和休眠状态下，协调器模块和终端节点模块的功耗：协调器节点工作电流23-27mA，终端节点工作电流23-25mA。Zigbee传感器监控网络中节点距离低于50米时，能实时准确传输采集数据及分析结果，能准确完成对目标、值勤人员及设备的监控。从系统的功耗测试可以看出，执勤监控系统能满足低功耗的设计要求。

6 结论

通过低功耗执勤监控系统切实解决值勤时存在的监控死角及时间死角、设备故障时系统不能有效运行的问题，从而减轻值勤人员的工作量，减少事故发生的概率。系统通过对人、设备、监控目标的层层控制、全面监控，将值勤人员从执勤任务中解放出来，从而全身心致力于处置突发事件、作战战术及其他任务的训练，从而切实提高执勤分队的战斗能力。

参考文献：

[1]Katayoun Sohrabi，Jay Gao，Vishal Ailawadhi，Gregory J.Pottie. Protocols for Self_ Organization of a Wireless Sensor Network[J]. IEEE Personal Communicaitons，2000：16-27.

[2]颜振亚，郑宝玉.无线传感器网络[J].计算机工程与应用，2005，25（15）：20-23.

[3]刘敏饪，吴泳，伍卫国.无线传感器网络研究[J].微电子学与计算机，2005，7（22）：58-61.