基于ZigBee的宿舍管理系统

西北民族大学电气工程学院 邓天金 林晓毅 马瑾瑜

0 引言

随着高校的扩招，在校学生的数量庞大，宿舍的安全和管理问题日渐得到重视。传统的宿舍管理模式存在着较大的弊端，如管理人员数量远少于需要管理的宿舍数量，使得监管无法面面俱到，不仅让管理人员面临巨大的压力，而且寝室的安全也无法保障。

针对以上问题设计了基于ZigBee协议的宿舍管理系统。将每个宿舍视为终端节点，通过节点采集宿舍环境数据，用户也可以通过节点发送消息寻求帮助，将这些数据通过路由器转发或者直接发送给协调器，协调器与PC机进行串口通信，数据将被上传到上位机并显示，此时管理人员可以根据信息作出决策，实现智能化管理。

1 总体设计

该设计以CC2530单片机为核心控制器，终端的外围设备分别为DHT11温湿度传感器模块、OLED液晶显示模块、MQ-2烟雾传感器模块、继电器、人体红外、按键等。将每个终端的数据通过路由器转发或者直接发送给协调器，协调器将数据通过串口通信发送到PC机，并在上位机上显示出来。上位机主要显示传感器的数据，并且当有传感器数据异常（例如烟雾浓度过高）对应的图标则被点亮，提醒管理人员及时处理。用户按下终端上“帮助”按键时，也会点亮上位机上对应的图标。

图1 系统总体设计框图

2 硬件设计

2.1 主控芯片

CC2530是专门针对IEEE 802.15.4和ZigBee应用的芯片。此外，CC2530结合了一个完全集成的，高性能的RF收发器与一个8051微处理器，8kB的RAM，32/64/128/256KB闪存，以及其他强大的支持功能和外设，性能高，易操作。

2.2 温湿度传感器

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器，它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，采用单总线接口，接线简单。工作电压：3-5V的直流电压。MQ-2烟雾传感器：具有双路信号输出，TTL输出有效信号为低电平，模拟亮输出0～5V电压，浓度越高，电压越高。可用于工业气体泄漏监测，例如：液体气，丁烷，丙烷，甲烷，酒精，氢气，烟雾等。

2.3 人体红外热释电传感器

人体红外热释电传感器主要探测人体辐射。所以热释电元件对波长为10UM左右的红外辐射必须非常敏感，当传感器接收到人体红外辐射后产生温度变化，电荷失去平衡，向外释放电荷，经过电路处理后，能产生报警信号。

2.4 OLED液晶显示屏

OLED液晶显示屏是一款可以显示中文，英文，数字的显示屏，采用SPI通信，只需要占用4个IO口，体积小，使用方便，在终端显示采集数据，实现人机交互。

3 组网流程

如图2所示系统的组网流程。ZigBee网络中，存在协调器，路由器和终端。（1）协调器：协调器负责启动整个网络，当协调器上电后，会选择一个信道和一个网络ID(即PIN ID)随后启动整个网络。数据包就可以在指定的信道中进行传输。当协调器设备断电时，整个网络就消失，协调器是一个网络中不可缺少且唯一的。（2）路由器：路由器在网络中的主要功能是允许其他设备（终端）加入网络。并且可以转发终端的数据，可以扩大终端数据的传输距离，由于宿舍楼层跨度大，数量多。所以网络中用到大量路由器，转发终端节点的数据。若是小规模，近距离的网络中，可以不需要路由器，在网络中路由器可以有多个但不是必要的。（3）终端：终端在网络中主要负责采集传感器数据，不能转发其他节点的数据包，一般网络中依据需求可以有多个终端。

图2 组网流程

组网流程：首先，由协调器进行信道扫描，找到合适的信道后，协调器为网络选定一个网络标识符（PIN ID）这个ID在所使用的信道中必须是唯一的，且协调器将自身网络短地址设为0x0000，到此ZigBee网络初始化完成。终端节点和路由器节点会向协调器提出入网请求，协调器响应后，为每个节点设备分配不同的网络短地址，通过这个地进行数据的发送和接收，组成ZigBee网络。

4 结语

本设计通过以CC2530核心微控制器。基于ZigBee协议，将众多节点组成传感器网络，实现对宿舍楼情况的监控，终端上配备OLED，学生也可以通过OLED查看当前宿舍的环境情况。而管理员则是通过上位机来监测宿舍楼的情况。所以，本设计需要自主开发一款上位机，该设计上位机开发用到的是C#语言，且大多利用图标显示，而不是纯文本，使得可观性更强。通过本次设计的经验发现ZigBee协议有广阔的运用前景。

引文

①彭燕.基于ZigBee的无线传感器网络研究[J].现代电子技术,2011(05).

②孙其博,刘杰,黎羴,范春晓,孙娟娟.物联网:概念、架构与关键技术研究综述[J].北京邮电大学学报,2010(03).

③王保云.物联网技术研究综述[J].电子测量与仪器学报,2009(12).

④黄汝锐.高校学生综合楼智能电能计量系统的应用[J].科技创新导报,2009(27).

⑤姚春.Zigbee在大数量节点应用中的问题研究[J].微计算机信息,2009(02).