基于ZigBee技术的智慧校园安全监管系统设计

◆孙利国

基于ZigBee技术的智慧校园安全监管系统设计

◆孙利国

（长春市农业学校 吉林 130504）

校园安全一直是教育主管部门、校领导、家长们重视的问题。近几年来，由于消防设施不到位、安全意识不强等原因导致校园火灾事故频频发生。虽然现在学校有了基于有线通信的安防系统，且比较成熟，但是由于该安防系统维护成本高、灵活性较差等问题，使得该系统并不能很好地服务于校园安全。随着科学技术的发展，物联网和无线传感技术的出现，学校可以通过利用 ZigBee 无线通信技术对校园安全进行实时监控，本文将对基于ZigBee技术的智慧校园安全监管系统设计进行论述，为今后校园安全监管提供一定的参考。

ZigBee；无线传感技术；智慧校园；安全监管系统

0 引言

目前大多数校园采用的均是基于有线通信技术的安全监管系统，这样的系统存在很多的局限性和漏洞，利用无线通信技术的安全监管系统具有实时性强、延迟时间短、维护成本低等优点。因此，采用成熟并且完善的校园安全监管系统是很有必要的。

1 什么是ZigBee及其主要构成

ZigBee，又被称为紫蜂协议，其名称主要来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂（bee）是靠飞翔和“嗡嗡”（zig）地抖动翅膀的“舞蹈”来和同伴相互传递花粉所在方位信息。ZigBee是近些年逐步发展起来的基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议 的一种近距离、低能耗的无线通讯技术。

在2001年8月份时，ZigBee Alliance成立；在2004年时ZigBee V1.0出现，它是Zigbee第一个较为规范的版本；接下来的几年里工作人员又陆续对Zigbee进行了完善和改进[1]。ZigBee协议能够将协议栈划分为具有不同功能的区域，各协议栈之间相互合作，每个区域之间相互交流信息，保证了Zigbee协议栈准确无误地运作。

2 主要实验器材介绍

2.1温度传感器LM35DZ

LM35DZ温度传感器不仅构造简单、成本较低，同时能够随意编程，是本次试验所需要的器材之一[2]。通常情况下，LM35DZ输出的电压和摄氏温度近似表现为线性关系。温度传感器LM35DZ的封装形式有很多种，此次实验主要采用的是晶体TO-92式封装，这种封装形式主要结构为塑封三极管的，三个引脚从左至右依次为VCC供电电压（Volt Current Condenser）、模拟输出和GND（电线接地端，代表地线或0线）。晶体TO-92式封装具有体积小、安装便利等优点，仅仅将其和主板用杜邦线相连即可，且根据主板输出的电压值就能够计算出温度[3]。输出电压和温度的转换公式为：Vout(T)=10mv/℃×T℃，其中Vout是指输出电压，T是指温度。温度传感器LM35DZ在接收到模拟端口电压值后，会在在配置中实现以下代码：

intval；intdat；

va=analogRead(0)；

da=(125*val)>>8；

此次实验设计主要是为了在学校的各个关键区域运用并完善基于温度传感器LM35DZ的安全监管系统。通常情况下，若温度达到60摄氏度时，系统就可以判断此处已发生火灾。温度传感器 LM35DZ可以测试到的温度范围为0摄氏度至100摄氏度，因此，温度传感器 LM35DZ完全能够胜任安全监管的任务。

2.2烟雾传感器 MQ-2

一般的烟雾传感器不仅能够识别出学校实验室常用的甲烷、酒精、氢气等气体，同时还能够识别出烟雾或其他易燃易爆、有毒气体，MQ-2除了能够识别上述气体外，还能够识别出液化气、氨气等气体。烟雾传感器 MQ-2主要有四部分构成，分别为：测量电极、SnO2敏感层、加热器以及微型AL2O3陶瓷管。0-24V是MQ-2在正常运作中可以借入的电压范围，但由于其运作的特殊性，在每次使用前需要将其进行加热使接入的电压控制在5±0.2V的范围内，否则有可能造成内部信号线熔断等问题。因此通常封装好的MQ-2一共有六只引脚，其中的两只引脚作用是将电流加热，另外的四只引脚作用主要是将处理后的信号取出。

3 安全监管系统的设计过程

此次实验我们共准备三个CC2530开发板，将其分别命名为A、B、C，作为监测数据的三个节点。其中，将A点设置为监控数据的节点；将B点设置为中继器；将C点设置为收集数据的节点。三个节点各自分工，相互传递信息。B点作为中继器是将A点检测到的数据实时传输给C点。上述设置节点的方式不仅能够随时增加节点来扩大无线局域网的范围、增加传输数据，同时还能够大大增强安全监管系统的灵活性。在实践操作中通常会根据信息传输的距离以及节点组网的需要，合理安排中继器的数量和位置，这样能够使信息的收集更加便捷，结果更加完善。如在其他区域位置设置新的监控数据节点，这样不仅能够低成本的增加安全监管系统的监测范围，同时也便于故障的维修，仅需对出现故障的节点进行单独维修即可，后期方便维修且维修成本低。

4 安全监管系统实验前的准备工作

实验前应安装好ZigBee模块并将终端程序进行调试，在准备进行烟感和温感的监控测试时，应首先测试和调控烟雾传感器及温度传感器的精确度。例如温度传感器的调试：首先，准备好所需要的实验器材，如烧杯、酒精灯、温度计（温度计需校准到零度）、石棉网、透明塑料薄膜、玻璃罩、纯净水等，为了避免温度传感器和水的直接接触，将温度传感器和温度计的外部用透明塑料薄膜进行包裹保护；其次，搭建好加热器材并向烧杯中注入纯净水，将裹有透明塑料薄膜的温度传感器及温度计同时放入到水中；最后，观察温度传感器和温度计显示的温度，在电脑上观察到温度传感器检测到的温度为20.7℃，5分钟后观察温度计度数为20.5℃左右，根据结果可以判断出该温度传感器的准确度较高。

5 具体实验过程及实验结果

第一，先确认A、B、C三个节点的正常通信，将温度传感器与烟雾传感器接入到监测节点A中，将A节点和C节点放置在相距200米的位置，将B节点放置在A、C节点中间的位置；第二，将装有纯净水的烧杯进行加热，同时将裹有透明塑料薄膜的温度传感器及温度计放入烧杯中，记录不同温度时蜂鸣器的反映情况；第三，将烟雾传感器和烟雾探测仪放入到密闭的玻璃罩内并点燃蚊香，记录烟雾浓度不同时蜂鸣器的反映情况；最后我们观测到当温度传感器检测的温度达到60℃时，蜂鸣器开始报警[3-4]。当烟雾传感器检测到的烟雾浓度达到100ppm时，蜂鸣器开始报警。

6 总结

基于ZigBee技术的安全监管系统利用了先进的科学技术和无线局域网的快捷便利，有着维修成本低、反馈信息及时、灵活性强、稳定性高等优点[5-6]。在本次安全监测实验中，ZigBee安全监管系统有着良好的表现，在反馈和传输监控信息时快捷、便利、准确程度高。由此可见，基于ZigBee技术的安全监管系统能够实时监控校园各个区域的安全状况，保障校园环境的安全，在未来智慧校园的发展中能发挥巨大的作用。

[1]罗云.基于ZigBee的智慧校园管理系统设计[J].无线互联科技, 2015.

[2]王华德, 王明广, 莫丽红.基于Zigbee及RFID的智慧校园安防系统研究[J].淮阴工学院学报, 2016.

[3]陈博, 邓在辉, 同小军.基于ZigBee的教学信息显示系统设计与实现[J].测控技术, 2016.

[4]巴音查汗, 安鹏.基于嵌入式及RFID物联网技术的智慧校园系统设计与实现[J].现代电子技术, 2017.

[5]杨随虎.基于云计算技术的智慧校园服务平台设计研究[J].自动化与仪器仪表, 2016.

[6]吴宇玲.基于智慧校园的校园视频监控系统的建设研究[J].中国管理信息化, 2017.