基于无线通信的人体传感器采集与检测系统的设计

杨凌

摘 要：文章设计了基于无线通信技术的人体传感器系统的解决方案。介绍了基于CC2530的无线通信技术，人体传感器检测与采集的系统构架。该方案能够实时检测人体，并将数据无线传输给主控器，最后将监测结果通过上位机显示出来。此外，可以根据实际需求构建多个传感器的采集与检测系统。该方案功耗低、稳定性高，能有效的实现对人体的检测和监控。

关键词：无线通信；人体传感器；CC2530

引言

由于信息化时代的来临，快速地获取准确可靠的信息显得格外重要，而传感器技术的出现满足了人们从外界获取各种信息的需求。外界的信息可以被传感器感知到，同时将该信息能被传感器转换成电信号或其他形式输出[1]，以方便人们对信息的掌控、管理、记录、显示等需求。目前，这项技术已被人们广泛地应用于各项领域，如：智能家居、农业生产、环境监管等。

人体传感器，是传感器中用途广泛的检测装置之一，也称为无触点接近传感器，属于电子开关量传感器的一种[2]。它是通过检测人体发出的红外线而判断是否有人通过，并将结果转换成电信号输出的传感器。人体传感器广泛地应用于人们的生活中，如银行、商场的自动门，博物馆、金库的防盗报警，楼道人体感应自动开关，统计旅客人数等。本文设计了人体传感器采集、传输、显示的传感网络。当有人体通过时，人体传感器将采集到的信息转换为高低电平的电信号输出，通过无线传输将结果发送给上位机并显示出来。

1 基于CC2530的无线通信技术

本文采用的是CC2530芯片，该芯片建立于IEEE 802.15.4 标准协议上[3]。CC2530芯片成本低廉，运用多个CC2530便可以构建起庞大的网络节点。它还具备多种运行模式，由于模式与模式之间相互切换的速度较快，大大地降低了能源的消耗。此外，CC2530对外界环境的抗干扰能力强，接收信息的灵敏度高，它只需一个晶振便能满足网状网络的系统需求，所需的外界元件也极少。由于这些优点，CC2530被广泛地应用于家庭、楼宇自动化，工业监管，医疗保健等领域。

本文运用的无线通信技术是基于CC2530的无线电模块。该模块主要用于无线信号的接收和发送，它由射频芯片来控制[4]。此外，它还具有MCU和无线电之间的一个端口，用于当前状态的读取，命令的发送以及将无线电事件自动设置优先级[5]。如果运用两个CC2530便能实现点对点型的无线数据传输，如果运用多个CC2530便能实现点对多型的无线数据传输，甚至建立起一个庞大的传感网络。在这个传感网络中，每个CC2530为一个节点，每个节点负责对周边环境的信息进行检测、采集和处理，同时将处理后的数据发送给相邻的节点。对于每一个区域可以设置其中一个节点为主要控制节点，便于人们收集及处理该区域的信息。

2 基于无线通信的人体传感器检测与采集系统设计

基于无线通信技术的人体传感器系统包括人体传感器、主控器和上位机。人体传感器主要用于感知人体，定时采集传感数据，并将感知到的数据打包后通过CC2530上的无线端发送出去。主控器主要用于接收人体传感器发送过来的无线数据，然后通过串口将该数据发送给上位机。上位机接收到主控器发送过来的数据后，对数据进行采集、处理和显示。人体传感器检测与采集系统连接图如图1所示。

人体传感器与主控器之间是无线通信，需要配置好相应的通讯参数。首先，传感器的通信频道与主控器的通信频道要保持一致。其次，兩者所处的网络ID号要相同。最后，传感器的发送地址必须是主控器的本机地址，这样才能保证信息的准确接收。串口通信主要是将主控器与上位机的串口相连，主控器的数据能够通过串口发送给上位机。

人体传感器属于开关量传感器的一种，当感应到人体时，便会产生高电平‘1。没有感应到时，一直处于低电平‘0。因此，传感器读取到电平值后，将该数据发送给主控器，为了判定无线数据是否有发送成功，本文设计每发送一次无线数据，绿色信号灯闪烁一次，以此来确保无线数据已经发送成功。传感器程序流程图如图2所示。

主控器相当于一个“中转站”，首先需要对主控器进行初始化，并配置无线通信参数。为了确保主控器有接收到传感器发送过来的无线信号，本文设计每接收到一次无线信号，红色信号灯闪烁一次。最后，主控器将收到的数据通过串口发送给上位机，便可以在上位机中显示出是否感知到人体的信息。主控器程序流程图如图3所示。

3 基于无线通信技术的人体传感器检测与采集的实现

对传感器和主控器分别进行无线通信参数设置，使传感器能够通过无线模块将数据发送给主控器。主控器能够通过无线模块接收数据。硬件连接图如图4所示，图中两个Zigbee开发板，一个连接人体感应器作为传感器，一个作为主控器用来接收和发送数据。

当有人体通过时，人体感应器将数据传给传感器的CC2530处理，然后通过天线将数据发送给主控器，主控器接收到数据后通过I/O口，将数据发送给上位机处理。结果显示如图5所示，传感器会定时采集数据，当感应到人体时，出现“有人”的字样，感应不到人体时，出现“没有人”的字样。

本文设计的人体传感器检测与采集系统可以根据实际需求设置多个传感器，如图6所示。由于本文设计的系统是使用无线传输，因此即使使用多个人体传感器也不会增加硬件系统的复杂度，只要配置好无线参数即可。如果实际需求的无线覆盖较广，那么可以使用多个主控器，并将主控器分为不同的层级，如图7所示，共有n个传感器，主控器分为x级，每一级根据实际需求设置主控器个数m，环境中所有人体传感器的数据汇集到相应层级的主控器中，每一层级的主控器的数据最终汇总到1级主控器中，再由1级主控器将数据传递给上位机。

另外，为了判断传感器是否能够定时发送数据，本文设计了信号灯，当发送数据时，绿色信号灯闪烁。同时，为了判断主控器是否能够收到传感器发送的无线信号，主控器每接收一次无线信号传输的数据，红色信号灯闪烁一次。这样能够确保数据之间的传递，使得通信更加可靠。

4 结束语

本文提出的是基于无线通信的人体传感器技术的解决方案，可以检测到是否有人体通过，并将检测结果通过上位机显示出来。同时根据实际需求，可以扩展为多个传感器以及多级主控器，从而实现多个地点同时检测人体。为了确保通信的可靠性，采用信号灯的闪烁来监测数据是否有发送和接收。设计系统主要是基于CC2530，该芯片功耗低，性能优良，这使得整个系统不仅稳定，而且低能源消耗。实验结果证明，本文设计的方案具有一定的有效性和可靠性，能较好的实现对人体的检测和监控。

参考文献

[1]于攀，陈新凯，杨明武.无线人体传感器网络测试的硬件平台设计[J].中国集成电路，2009，9（124）：72-77.

[2]张其，袁纵横，等.基于MPU6000的低功耗无线人体传感器网络节点设计[J].计算机测量与控制，2014，22（2）：539-541.

[3]杨埙，杨槐，王建勇.基于SIP和ZigBee的物联网家庭网关设计[J].物联网技术，2013（9）：25-31.

[4]杨慧.基于ZigBee/SCS智能家居安防监控系统设计[J].物联网技术，2014（12）：16-18.

[5]单春艳.基于Zigbee的智能家居系统[D].青岛：青岛大学，2014.