基于ZigBee无线传感器网络和Android技术的档案库房智能管理平台设计

文 / 张兴

档案是一种不可再生的信息资源，是人类极其宝贵的精神文化财富。随着经济的快速发展和社会旳不断进步，人们对档案的利用需求日益增强。然而在档案的管理中发现，受档案库房环境影响，所保存的档案时常会出现发霉、变质等现象。档案法对档案库房环境有严格的“八防”要求，即防火、防尘、防虫、防潮、防鼠、防盗、防强光、防高温。为了保证档案的安全存放，我们必须对档案库房加以技术改造，使其环境参数稳定在一定范围内。

随着物联网技术的飞速发展，作为物理网重要技术的无线传感器网络技术被广泛应用于环境监测、医疗护理、军事应用、智能家居和工业自动化等多个领域。本文正是在此技术背景下，结合档案库房日常管理工作，提出了一种基于ZigBee无线传感器网络技术和Android技术来实现档案库房智能管理的设计构想，实现对档案库房环境参数和设备工作状态的实时监测，并以图形化界面的形式显示于管理员主机，并且能在手机端与管理员进行远程交互操作，当某项环境参数超过规定值时，相关电气设备便会启动，实现设备的智能控制，从而最大程度地节约人力、物力、财力，提高档案管理的工作效率。

一、档案库房管理平台总体方案设计

平台具体功能如下：

1.平台基于ZigBee无线传感器网络，利用ZigBee技术实现无线传感器组网；

2.利用温湿度传感器、烟雾传感器、热释电红外传感器实现对档案馆温湿度参数、烟雾参数、红外参数的实时监测；同时，结合继电器控制模块控制空调设备和照明设备工作电路的开关，从而实现空调设备和照明设备的智能控制，实现档案库房智能化管理；

3.无线传感器网络采集到的环境参数值在PC上位机服务器端程序界面直观显示，方便档案管理人员从本地和远程实时监测；同时，手机端的档案库房管理平台APP也可以远程显示档案馆的环境参数和电气设备运行状况。

二、平台的硬件设计

档案库房管理平台硬件主要包括ZigBee无线传感器网络主模块（协调器、路由器、终端节点）和传感器模块（温湿度传感器、烟雾传感器、热释电红外传感器、继电器控制模块）。

（一）ZigBee无线传感器网络主模块硬件设计

本文选择的ZigBee模块是CC2530芯片[1]，该芯片采用的是高性能的8051微处理器，随机存储器的大小达到8K，而且具有强大的外设支持能力。

1.ZigBee网络协调器结构。网络协调器作为主控制模块和其他节点信息交换的总枢纽，一方面通过RS232串行总线与PC上位机相连，另一方面通过网络协调器与路由节点和终端设备节点进行信息数据交换。

2.ZigBee网络路由器节点结构。路由器节点完成协调器与终端设备传感器节点之间信息数据的中继转发，并对路由表进行维护。3.ZigBee网络终端设备节点结构。终端节点是ZigBee无线传感器网络最终端，用于采集档案库房内的温湿度、烟雾、热释电红外信号等数据，并结合继电器控制模块实现照明系统和空调设备的智能控制。

（二）无线传感器模块硬件设计

1.温湿度传感器硬件设计。本文选择的是DHT11温湿度传感器。该产品具有高性价比、响应迅速、抗干扰强等优点[2]。图1是DH11与CC2530的接口电路图。

2.烟雾传感器硬件设计。烟雾传感器采用是MQ-2[3]。图2为烟雾传感器的的设计原理图。

图1 DHT11传感器接口电路

图2 烟雾传感器的设计原理图

3.热释电红外传感器。本文选择的热释电红外传感器型号是HC-SR501[4]。其工作原理[5]是感应红外线并将其转换为电信号，然后报警电路根据传递过来的电信号发出报警音等现象。

4.继电器控制模块硬件设计。本文选择的继电器控制模块的型号是SRD-05VDC-SL-C，其工作原理[6]是根据某种输入信号的变化，而接通或断开控制电路，实现自动控制和保护电力拖动系统的电器。

三、平台的软件设计

平台的软件设计主要包括ZigBee无线传感器网络组建、终端节点无线传感器的软件设计、PC上位机软件设计、手机端APP设计四部分。

（一）ZigBee无线传感器网络组建

单独的协调器就可以组建一个ZigBee无线传感器网络，一般来说，组建网络首先要检测是否存在协调器，当检测到协调器的时候，协调器在指定的网络信道范围内进行能量扫描并进行监听，然后选择一个干扰和冲突最少的建立网络，最后进一步设置其余网络参数，包括PAN标识、网络地址、扩展PAN标识等[7]。

（二）无线传感器的软件设计

1.温湿度传感器的软件设计。温湿度传感器采集环境中温湿度，并把数据转化为电信号进行传输。软件控制[8]流程如图3所示。

2.烟雾传感器的软件设计。烟雾传感器对环境中烟雾浓度进行采集，并把数据转化为电信号进行传输。软件控制流程如图4所示。

3.热释电红外传感器的软件设计。热释电红外传感器对是否探测到红外物体以高低电平的形式进行数据传输。软件程序设计流程如图5所示

图4 烟雾传感器控制流

图5 热释电传感器控制流程图

4.继电器控制模块的软件设计。继电器控制模块是通过判断热释电红外传感器和温湿度传感器采集的数据，对比规定的环境参数范围，来确定对继电器模块高低电平输入，从而达到继电器控制模块的开关，最终实现对档案库房电气设备的开关控制。

（三）PC上位机软件设计

无线传感器节点将采集的环境数据发送到PC端，PC端对数据进行分析、运算、显示并与设定好的参数对比，结合继电器来智能化地控制档案库房的空调设备和照明设备。图6和图7是PC上位机服务器程序在不同档案库房环境条件下的运行界面。

图6 PC上位机服务器程序运行界面

图7 PC上位机服务器程序运行界面

（四）手机端app设计

本文利用Android技术开发档案库房智能管理平台手机端APP，库房环境数据能实时在手机端显示

图8和图9是不同档案库房环境条件下档案库房智能管理平台手机端APP的运行界面。

图8 档案库房管理平台手机APP运行界面

图9 档案库房管理平台手机APP运行界面

从图8和图9可以看出，档案库房管理平台APP与 PC上位机服务器程序通过网络互联，APP程序界面可以直观地显示档案库房的各传感器采集的数据，以及与照明设备和空调设备相连的继电器状态信息。当温度、湿度值在档案馆要求（即温度14℃—24℃，相对湿度是45%—60%）[9]范围之外的时候，APP界面中继电器按钮背景变为红色，表示继电器控制模块就会控制空调设备开始工作温度；当烟雾值超过40时，对应文本框是显示为“火警”，同时，终端设备上led1灯亮；当终端设备热释电红外传感器感应到有人进入档案库房时，APP界面中人体红外按钮背景变为红色，同时，继电器控制模块状态变为通电状态，与继电器模块相连的照明设备进入工作状态。

四、结语

基于Zigbee无线传感器网络技术和Android技术的档案库房智能管理平台，能实时采集、分析档案库房环境信息并结合继电器控制模块智能控制相应的电气设备（照明设备，空调设备）的开关。本平台将在保护档案、安全管理档案库房、节约能源、提高档案管理人员的工作效率等方面起到积极作用。

参考文献：

[1]余成波,冯丽辉,潘盛辉.虚拟仪器技术与设计[M].重庆:重庆大学出版社,2006:28-29.

[2]张翔.基于物联网技术的火灾自动报警系统研究[J].防灾科技学院学报,2011(1).

[3]施邦平.基于ZigBee的无线传感器网络在灭火救援中的应用[J].消防科学与技术,2009(2).

[4]Freescale Platform Reference Manual for ZigBee 2007[M].Freescale Semiconductor,2008.

[5]刘静,赵望达.基于ZigBee技术的火灾报警系统设计[J].单片机与嵌入式系统应用,2007(1).

[6]符鹤,周忠华.蓝牙技术的原理及其应用[J].微型电脑应用,2006 (7).

[7]黄磊,付菲.基于ZigBee技术的智能家居方案研究[J].微计算机信息,2009(5).

[8]朱明.分布智能火灾报警控制系统研究[D].华中科技大学,2004.

[9]杨培鹰.论档案库房温湿度观测数据的处理问题[J].山西档案,2001(2).