基于ZigBee的公安机房智能监控系统的设计与实现

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[摘 要]公安系统的信息化程度越来越高，机房运行的稳定变得至关重要，采用传统的人工监控的方式很难保证机房运行的稳定。近年来随着物联网技术的发展，ZigBee无线传感网络技术的不断发展使得机房监控的智能管理成为可能。本文是基于zigbee技术设计和开发了一套机房智能监控系统。

[关键词]ZigBee；串口通信；智能监控

中图分类号：TU858 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）05-0249-01

1.引言

公安系统机房安全要求高、网点多，需要实现对公安机房的动力、环境、安防子系统的实时监控、预防故障、迅速排障等功能；并在监控的同时实时记录和处理各种设备运行及报警数据，对机房的动力、环境进行综合管理，以保障机房设备稳定运行、提高管理人员工作效率，实现机房的少人或无人值守。

随着信息化技术的不断发展，公安系统的信息化程度也不断提高，机房中新增很多设备，机房成为公安信息管理系统正常运转的核心部门。面带如此复杂的机房设备，采用传统的人工监控方式已经变得不现实，必须采用智能监控的方式。

近年来随着物联网技术的发展，ZigBee无线传感网络技术的不断发展使得机房监控的智能管理成为可能。本文是基于ZigBee技术设计和开发了一套机房智能监控系统。针对公安系统带的机房环境监控的需求，专门设计开发的一套软硬件结合的应用系统。是一种能够稳 定的对大型机房内的温湿度信息做实时采集，所有数据信息都能通过无线方式传输，无需在现场拉线的监控系统。能使机房监测的信息通过更快捷的方式在更大的区域内得到有效的集中搜集和处理，发现故障报警能随时解决。

2.机房智能监控系统的总体设计

机房智能监控系统主要是通过各种传感器、ZigBee节点、安卓平板电脑和配套的软件系统采集机房的环境数据。采集模块主要包括ZigBee下位机程序、基于Android的网关程序和后台数据存储程序。ZigBee下位机程序包括协调器节点程序和终端节点程序，终端节点程序实现对种植环境数据进行实时采集，并接收协调器发送的控制命令，对机房现场的各种设备进行智能控制，协调节点程序用于收集各终端节点的采集数据和转发上位机程序发送的各种控制命令。网关程序主要是通过串口通信方式读取协调器收集的各种传感器数据，并通过调用WebService提供的方法，把采集到的数据存储到后台数据库中，提供日志查询功能，另外通过Socket通信方式和PC机上的上位机通信，实现远程控制。

3.机房智能监控系统的实现

3.1 系统通信协议的设计

在机房智能监控系统中涉及到协调器与传感器节点、协调器节点与控制器节点之间的通信。ZigBee节点之间传输的数据都是二进制数据，为了保证双方通信的准确性和可靠性，必须设计一套通信协议。通信协议就是通信双方共同遵循的一套规则，定义协议的原则是尽可能的简单以提高传输率，尽可能的具有安全性保证数据传输完整正确。基于这2点规则，本文定义一个通信协议符合这样一个结构：头+数据长度+数据正文+校验。具体的通信协议如下所述。

1.协调器节点与传感器节点之间的通信协议

发送端：传感器节点

接收端：协调器节点，通过串口发送到pc端

如果传感器节点采集到数据后发送给协调器节点的内容是：FF FD 00 04 31 36 00 00 hh hh hh（byte1 C byte11），根据定义的通信协议，通信内容就是光点传感器节点把采集到到光照值1.6发送给协调器节点。

2.协调器节点与控制器节点之间的通信协议

发送端：协调器节点

接收端：继电器节点

如果协调器节点给继电器节点发送一个内容为FA FB 06 01 00 00 00 00 00 的控制命令，根据表2中定义的通信协议，协调器发送一条控制命令，通知1号继电器节点把继电器打开。

3.2 系统的实现

机房监控系统包括了三个部分：ZigBee传感器终端节点程序、ZigBee继电器终端节点程序和ZigBee协调器节点程序。接下来介绍这三种程序如何实现的。

1.首先的这些设备需要组建一个无线网络。所以不管是那一种类型的节点程序，开始都是硬件初始化，可以调用下面几个函数进行硬件初始化。

2.调用basicRfInit（）函数初始化basicRF协议栈。在初始化的时候，需要对一些重要的网络参数进行设置，主要包括网络的PAN_ID、RF_CHANNEL（信道）和节点的短地址。

ZigBee使用了3个频段，定义了27个物理信道，其中868MHz频段定义了一个信道；915MHz频段附近定义了10个信道，信道间隔为2MHz；2.4GHz频段定义了16个信道，信道间隔为5MHz。这里要注意的是，我国ZigBee无线网络使用的频段是2.4GHz，所以在协议栈初始化时RF_CHANNEL值要设置在11-26的范围内。ZigBee协议使用一个16位的个域网标志符（PAN ID）来标识一个网络。PANID的出现一般是伴随在，确定信道以后的。所有节点的panID唯一，一个网络只有一个PANID。一个节点加入到网络后，必须16为网络地址是当设备加入网络后由协调器或路由器分配的。它在网络中是唯一的，用来在网络中鉴别设备和发送数据。

继电器终端节点硬件初始化成功后会进行网络初始化，初始化成功后会把继电器节点地址发送给协调器节点然后进入休眠状态。一旦接收到控制命令会控制机房中相应的设备，比如电灯风扇灯。

协调器节点是系统最核心的部分，首先协调器节点负责组建一个ZigBee网络，然后接收传感器节点的采集环境，同时也可以发送控制命令给继电器节点。

4.结论

本文提出了基于ZigBee技术的公安机房智能监控系统的设计方案，构建了整套智能监控系统并进行相关的测试。该监控系统能够稳定的对公安机房内的温湿度信息做实时采集，所有数据信息都能通过ZigBee无线方式传输，无需在现场拉线的监控系统。能使机房监测的信息通过更快捷的方式在更大的区域内得到有效的集中搜集和处理，发现故障报警能随时解决，具有广阔的应用前景。

参考文献

[1] 李劲松，杨明，刘晓平.“基于CC2430和ZigBee2006协议栈的通信模块设计”，单片机与嵌入式系统应用，2010 No.2，26-28.

[2] 闵丽娟，卢捍华，王亚石.智能开关照明控制系统中的上位机软件设计.计算机工程，2011，vol.37 No.22.

[3] 雷纯，何小阳，苏生辉.“基于ZigBee的多点温度采集系统设计与实现”，自化技术与应用，VOI.29，No.2，43-46.