基于ZigBee技术的室内防燃气泄露系统设计

黄银蓉?黄定强

摘要：在生活中，如果可燃气体使用不当，遇火后可能会使其燃烧或爆炸，这也是火灾爆炸事故的一些起因。所以为了无时无刻对室内的可燃气体进行监测，达到预防事故的发生的目的。本文将设计一种可以实现实时监测室内可燃气体并加以警报的系统。其中传感节点可以用MQ-7传感器来实现，还有cc2530芯片，协调器节点，以及终端节点，组建数据采集网络需要通过ZigBee协议，数据处理需要使用到PC端，当检测到设置的相应值低于室内可燃气体浓度利用蜂鸣器时对用户加以警告。

关键词：ZigBee;一氧化碳传感器;警报

1.引言

燃气在当今生活中被广泛应用，它的便利性广受人们青睐，但同时它们也存在一定的风险，当人们操错失误或者燃气泄露都会带来一定的危害。一氧化碳（co）是人工煤气的主要成分，它具有无色、微臭的特性，天然气燃烧不完全的产物就是它，如果空气中的一氧化碳浓度值大于0.0024%时，就会对人体造成很大的危害，可能会使人窒息，如果严重时就会导致人体内脏出血，出现水肿坏死等问题。因为它的特性所致，所以在生活中人们很难察觉它的存在。若是不及时发现救治，发生死亡事故的可能性很大。目前市面上已出现多种防燃气泄露检测装置，但是，争对家庭防燃气检测装置较少。本文就是针对上述问题，设计了基于ZigBee技术的室内防燃气泄露系统[1]，对于家庭来说，费用较为低廉，操作简单方便。在产生燃气泄露时能够及时检测并报警，使人们在第一时间里关闭燃气阀，杜绝泄露的发生。能够在最快的速度内感受到危险逃离场地。

2.ZigBee概述

ZigBee是基于IEEE 802.15.4标准的低功耗局域网协议，是此协议的代名词。它是一种双向无线通信技术，具有低复杂度、低功耗、短距离、低成本、低数据传输速率和自组织性，它主要运用于自动控制和远程控制领域，具有地理定位的功能，并且支持各种设备中嵌入，功能之强大，用途之多。此外，其传输距离多为10-100m，在增加发射功率后，有效传输距离可增加到1-3Km，并且其使用寿命长，抗干扰能力强，性能稳定，安全性也极高，可轻松实现无线传感器检测设备的安装，在技术上，同时消除了成本的麻烦与电线的复杂度，提高了安装效率，以及用户的体验感。

3.设计方案

如图1所示， 本次系统由ZigBee终端节点、仿真器、一氧化碳传感器、WiFi模块、蜂鸣器组成，通过串口与PC端连接。其中终端节点利用MQ-7一氧化碳传感器节点采集室内可燃性气体（一氧化碳）的浓度，并通过显示屏显示，然后运用相应的处理技术将浓度值转化为相应的电压信号以便识别，再通过相应的处理电路对信号进行比较、放大、滤波，cc2530芯片利用ZigBee协议[2]将信号发送给协调器节点。协调器节点在接收到数据后并再次对信息进行处理，然后经过串口传送到PC端，启动PC端相应的应用程序，进行信号比较与处理，达到相应阀值时即启动蜂鸣器警报装置。 详细实施过程为：

1. 配置CO传感器，设定浓度设定值时，平时正常状态时为高电平。

2. 读取检测引脚电平，输出显示，上传给协调器;当串口显示处于高电平状态时说明没有检测到气体，同时LCD屏上显示正常;当串口显示处于低电平状态时，信号灯点亮，说明检测到气体存在，同时LCD屏上显示异常。

3. 利用周期性点播的定时器，间隔1s定时采集数据，将采集到的信息发送给协调器，再通过终端LCD显示出来。

4. 将程序下载到板块上。

5. CO传感器检测到一氧化碳气体，触发蜂鸣器，从而实现传感器报警感应。

4.网络接入

本文由于使用两个终端节点，需要连接CO传感器和蜂鸣器，每一个节点需要接受到应用程序发送的网络，所以可以采取组播组网模式[4]。相关组网操作需要协调器上电后进行，入网操作需要在终端节点上电后进行，终端节点在成功加入ZigBee网络后，将自己的节点信息封装成网络信息包来发送给协调器（同时协调器也称为汇聚节点或Sink节点），协调器在接收到网络信息后就通过串口发送至PC端，然后组网情况可以由PC端上的ZigBee Sensor Monitor程序来查看。终端节点在加入了ZigBee[3]网络之后，然后定期上报自己的网络信息包，Zstack协议栈启动成功后设置了一个定时器，当定时器事件发生后，就会触发相应的事件（MY_REPORT_EVT事件），MY_REPORT_EVT事件的函数触发入口为MPRouter.c文件（或MPEndPont.c文件）中的zb_HandleOsalEvent（）函數，实现对事件的处理过程即在此函数中。

5.总结

本设计的主题是基于ZigBee的室内防燃气泄露系统设计，主要目的是设计出一款感知检测一氧化碳气体并实现报警装置。通过传感器设备，及时对室内封闭环境下一氧化碳气体泄露的感知，提醒室内的人们在告知气体泄露的第一时间下，开窗通风，流通空气，避免并杜绝出现燃气致昏厥甚至中毒事件的发生，为人们提供安全防护的保障。此外，本设计中还存在诸多不足之处，还未能实现对于远程监控操作系统，以及对于手机App报警装置的安装。假使，上述问题得以实施，将会为人们生活上带来更大更多的便利，同时也为社会的发展进步带来更大的社会效益。

参考文献：

[1]赵德基. 基于ZigBee技术的室内液化气泄漏报警系统设计[C]. 云南省机械工程学会2010年年会. 0.

[2]秦海军. 一种基于ZigBee的环境气体浓度监测装置，CN109060703A[P]. 2018.

[3]赵云. 基于ZigBee技术的信息安全[J]. 品牌研究， 2018（3）：2.

[4]K.埃德斯特伦， H.杰普松， and S.派尔松. 用于在无线通信网络中的许可辅助接入小区中执行多信道接入过程的网络节点和方法[P]，CN111434178A. 2020.

作者简介：黄银蓉（1984-），女，广安职业技术学院，讲师，硕士研究生，研究方向为人工智能控制。