針對于目前實驗室人工考勤管理效率低、設(shè)備管理難度大、防盜、防火災(zāi)僅靠人工輪值巡查很難實現(xiàn)實時監(jiān)測和實驗室節(jié)能等問題，一種提出了基于ZigBee和STM32的實驗室遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)。本文是一篇職稱論文發(fā)表范文，主要論述了基于ZigBee和STM32的實驗室無線遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)。
　　摘要： 針對于人工完成實驗室考勤工作量大、實驗室防盜、防火災(zāi)、設(shè)備管理、環(huán)境控制自動化實現(xiàn)效率低等問題，提出了基于ZigBee和STM32的實驗室無線遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)。系統(tǒng)利用RFID讀寫器實現(xiàn)門禁控制、到勤登記，利用GPRS和以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)功能實現(xiàn)實驗室遠(yuǎn)程控制和管理，利用各類傳感器進行防盜監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測和火災(zāi)監(jiān)測，利用CC2541藍牙節(jié)點設(shè)備碼檢測功能和RSSI定位能力實現(xiàn)實驗室設(shè)備出入登記管理，利用ZigBee的無線組網(wǎng)通信特性以及GPRS、TCP通信實現(xiàn)實驗室無線遠(yuǎn)程管理。

　　Abstract： For the problem that the big workload of artifiacal laboratory attendance， the low rfficiency of guarding against theft， fire prevention，equipment management and environmental control automation implementation， the design approach of the wireless remote management system of laboratory based on ZigBee and STM32 is introduce. The system completes the entrance guard control and the attendance registration by RFID read-write device， achieves the goal of the remote control and management of laboratory using GPRS network and ethernet function， implements the anti-theft monitoring， environment monitoring and fire monitoring using various types of sensors， implements the laboratory equipment registration and management function using the CC2541 bluetooth node equipment code detection function and RSSI positioning ability， achieves the goal of wireless remote laboratory management using ZigBee wireless network communication features， and GPRS， TCP communications function.

　　關(guān)鍵詞： ZigBee,STM32,遠(yuǎn)程,管理,監(jiān)測

　　Key words： ZigBee;STM32;remote;management;monitoring

　　0 引言

　　ZigBee技術(shù)作為雙向無線通信技術(shù)，成為現(xiàn)在無線監(jiān)控等領(lǐng)域的應(yīng)用研究熱點[1-2]，并結(jié)合STM32較強的數(shù)據(jù)處理能力和GPRS和以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程通信能力，借助于RFID讀寫器的電子標(biāo)簽讀寫能力和藍牙設(shè)備檢測能力，達到實驗室遠(yuǎn)程管理、設(shè)備管理、考勤管理、防盜監(jiān)測、火災(zāi)監(jiān)測、實驗室節(jié)能等目的。系統(tǒng)的整體設(shè)計圖如圖1。

　　1 ZigBee節(jié)點設(shè)計

　　門禁節(jié)點主要功能包括管理員刷卡門鎖控制、外人拜訪門鈴?fù)ㄖ�和門鎖防盜監(jiān)測。結(jié)構(gòu)圖如圖2。通過RFID讀寫器識別卡號并與計算機數(shù)據(jù)庫里管理員卡號比對若為管理員則門自動開啟，外來人員可以通過門鈴按鈕通知實驗室人員開門若一段時間后還沒人開門則會通過GPRS發(fā)送“有人拜訪”消息[3]，管理員可以通過手機短信控制門鎖開關(guān)。當(dāng)管理員刷卡離開實驗室后開啟防盜模式，若有人撬門侵入，則人體紅外傳感器、振動傳感器和聲音檢測傳感器檢測到侵入信息[4-5]，蜂鳴器報警并通過GPRS自動發(fā)送“有人侵入”信息給管理員報警。

　　防盜節(jié)點主要包括振動傳感器、人體紅外傳感器、聲音傳感器。防盜節(jié)點置于窗戶邊緣，在管理員刷卡離開實驗室后若有人從窗戶進入實驗室則紅外傳感器感應(yīng)到人體紅外線，振動傳感器檢測到窗戶的振動，聲音傳感器檢測到侵入人員的聲音信息，防盜節(jié)點給匯聚節(jié)點發(fā)送傳感器信息，匯聚節(jié)點分析數(shù)據(jù)后進行蜂鳴器響報警起并且通過GPRS給管理員手機發(fā)送“有人從窗戶侵入”消息。

　　環(huán)境監(jiān)測節(jié)點包括溫濕度傳感器、光強傳感器、火焰?zhèn)鞲衅骱蜔熿F傳感器。DHT11溫濕度傳感器負(fù)責(zé)監(jiān)測實驗室的溫濕度情況[6]，光強傳感器負(fù)責(zé)監(jiān)測實驗室的光照情況，火焰?zhèn)鞲衅骱蜔熿F傳感器負(fù)責(zé)進行實驗室火災(zāi)監(jiān)測。燈控溫控節(jié)點負(fù)責(zé)接收匯聚節(jié)點的控制信息進而對實驗室的燈、空調(diào)、風(fēng)扇等設(shè)備進行智能控制。滅火控制節(jié)點負(fù)責(zé)接收匯聚節(jié)點的控制信息，當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時，滅火控制節(jié)點開啟滅火噴頭進行自動滅火。無線考勤節(jié)點負(fù)責(zé)RFID讀寫器刷卡考勤，在實驗室實驗期間登記實驗室到勤學(xué)生信息。RFID讀寫器負(fù)責(zé)識別處于天線輻射范圍的電子標(biāo)簽信息并通過串口傳輸給ZigBee模塊并同時接收ZigBee模塊的控制信息實現(xiàn)對電子標(biāo)簽讀寫操作。

　　匯聚節(jié)點主要采集各個ZigBee節(jié)點的傳感器信息并且通過廣播控制信息對控制ZigBee節(jié)點的工作，由于匯聚節(jié)點需要處理大量傳感器數(shù)據(jù)，因此采用STM32微控制器[7-8]作為中心處理器，ZigBee協(xié)調(diào)器主要負(fù)責(zé)采集各節(jié)點的傳感器信息，STM32微控制器對各類數(shù)據(jù)信息刷選、編碼等處理，STM32微控制還包含額外一些傳感器電路，如攝像頭電路、藍牙檢測電路、GPRS電路、以太網(wǎng)通信電路。攝像頭主要負(fù)責(zé)實時監(jiān)測實驗室內(nèi)部環(huán)境，GPRS電路和以太網(wǎng)通信電路為管理員遠(yuǎn)程控制實驗室設(shè)備提供媒介。藍牙檢測電路主要是通過藍牙監(jiān)測實驗室的各種攜帶低功耗藍牙節(jié)點的設(shè)備，通過藍牙監(jiān)測模塊掃描設(shè)備的設(shè)備號從而實現(xiàn)實時登記實驗室設(shè)備情況。 　　2 ZigBee無線模塊設(shè)計

　　當(dāng)系統(tǒng)匯聚節(jié)點對數(shù)據(jù)進行處理后利用ZigBee無線模塊可以持續(xù)得對終端節(jié)點進行監(jiān)測和控制，CC2530整合了ZigBee射頻前端、內(nèi)核和微控制器，具有功耗低的特點，采用鋰電池通過LTC3440高效率開關(guān)電源電路對ZigBee模塊進行供電，其能量利用率高。ZigBee節(jié)點的原理圖如圖3。

　　LTC3440高效率開關(guān)電源電路如圖4。

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　電子標(biāo)簽讀寫器主要采用紐扣電池供電，采用主動式設(shè)計并通過RTC定時器喚醒使得RFID分別工作在掉電、休眠、發(fā)送和接收四種模式，以此降低RFID讀寫器的能耗，采用了載波偵聽和防碰撞算法避免標(biāo)簽相互干擾提高RFID讀寫精度。

　　STM32的軟件流程圖如圖5。

　　藍牙技術(shù)作為一種低功耗、低成本、近距離的無線通信技術(shù)采用跳頻和時分復(fù)用技術(shù)實現(xiàn)點對多點通信[9-10]。通過藍牙主機對配置在實驗室設(shè)備上的藍牙從機進行設(shè)備碼和RSSI定位，然后通過STM32微控制器進行數(shù)據(jù)處理和定位計算后通過以太網(wǎng)通信模塊將設(shè)備具體信息傳送到服務(wù)器以及互聯(lián)網(wǎng)，方便管理員進行網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控。設(shè)備藍牙定位和設(shè)備信息獲取采用RSSI估算從機設(shè)備與主機的距離，當(dāng)距離大于設(shè)定的距離閾值時，這表示設(shè)備離開實驗室并在計算機上登記設(shè)備離開信息。藍牙主設(shè)備軟件實現(xiàn)流程圖如圖6。

　　4 測試結(jié)果分析

　　藍牙主機檢測到的從機RSSI因藍牙的底層協(xié)議中會根據(jù)需要自動調(diào)節(jié)發(fā)射功率以及室內(nèi)環(huán)境中存在多徑效應(yīng)而隨時間變化較為劇烈，為了減輕環(huán)境影響，采用質(zhì)心定位算法在計算時先過濾掉小于一定閾值的RSSI，濾波后RSSI強度與距離的關(guān)系如圖7。

　　計算機端考勤信息登記界面如圖8。環(huán)境監(jiān)控報警界面如圖9。報警信息數(shù)據(jù)庫錄入顯示界面如圖10。

　　5 總結(jié)

　　基于ZigBee和STM32的實驗室無線遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)采用ZigBee技術(shù)構(gòu)建自組織區(qū)域無線物聯(lián)網(wǎng)，采用各類傳感器進行環(huán)境監(jiān)測、人員考勤，利用以太網(wǎng)功能和GPRS方便管理員進行遠(yuǎn)程監(jiān)控，利用藍牙技術(shù)實現(xiàn)實驗室設(shè)備管理，系統(tǒng)綜合了實驗室考勤、環(huán)境監(jiān)控、設(shè)備管理等功能并通過無線物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)和GPRS實現(xiàn)遠(yuǎn)程便捷控制，大幅減少了管理人員的工作量，能夠很好實現(xiàn)實驗室綜合管理和信息共享。

　　參考文獻：

　　[1]彭燕.基于 ZigBee 的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2011，34(5)：49-51.

　　[2]吳芳，劉亞利，馬昌喜.基于 GPRS 的危險貨物倉儲環(huán)境實時監(jiān)測系統(tǒng)[J].北京理工大學(xué)學(xué)報，2013，33(8)：806 -810.

　　[3]伍連明，陳世無.基于GPRS的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2009(3)：25-28.

　　[4]鄧和蓮.熱釋電紅外防盜系統(tǒng)的設(shè)計[J].機械工程與自動化，2008(2)：143-145.

　　[5]許青，劉方.基于ARM9的室內(nèi)無線監(jiān)控報警系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].電子科技，2013(2)：103-106.

　　[6]廣州奧松電子有限公司.數(shù)字溫濕度傳感器DHTll說明書[M].2009.

　　[7]王永虹.徐煒，郝立平.STM32系列ARM Collex―M3微控制器原理與實踐[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2008.
　　職稱論文發(fā)表期刊推薦《網(wǎng)絡(luò)與信息》雜志是經(jīng)國家科技部和國家新聞出版總署批準(zhǔn)的國內(nèi)外公開發(fā)行的計算機網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用類專業(yè)媒體，CNKI中國學(xué)術(shù)期刊全文數(shù)據(jù)庫收錄期刊、中國學(xué)術(shù)期刊綜合評價數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計源期刊、中國核心期刊(遴選)數(shù)據(jù)庫收錄期刊、ASPT來源刊、中文科技期刊數(shù)據(jù)庫收錄期刊、全球中文電子期刊協(xié)會入編期刊、2007及2008年國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)傳播電腦網(wǎng)絡(luò)類前10名期刊。

轉(zhuǎn)載請注明來自：http://www.jinnzone.com/dianzijishulw/56941.html