基于Zigbee超声波的距离报警系统

赵培钧 张文豪 张新宇

摘 要：传统距离检测的方法在某些特殊场合有一定的缺陷，这些缺陷是很难攻克的。例如，页面测量。测量是一种距离测量。传统的电极方法使用不同分布的电极，通过施加电流或脉冲来检测。电极长时间浸没在水或其他液体中，容易腐蚀、电解和丢失。而超声波测量化解这些问题非常简单。多年来，对于超声波技术的探索和研究不断深入，凭借超声波精度高、无损、非接触等优点，超声波的应用越来越普及。已广泛应用于机械制造、电子冶金、导航、航空航天、石化、交通运输等工业领域。在一些特定情况下，超声波测距拥有其他测距无法超越的优势，因为这种方法使用的计算之间的超声波传输测量对象和超声波探头来测量距离，所以它是一种非接触式测量可用于一些特殊场合或在严酷的环境下。

关键词：Zigbee，超声波模块

一、系统设计

（一）系统的设计目标

本设计是基于cc2530单片机超声波传感器的报警系统。超声波传感器的工作原理是利用超声波发射， 通过被测物体的反射、回波接收后的时差来测量被测距离的，当终端节点接收到传感器测量的距离，通过双机通信把所测量的距离传到协调器，通过协调器根据不同的测距距离来驱动蜂鸣器响与不响的情况，来实现简单的基于超声波传感器测距的警报系统。

（二）总体设计

防盗报警系统一个应用，两个节点（含一个网关、一个普通节点）组成星型拓扑，用到两个节点：超声波节点、网关节点。超声波节点采集距离信息后传给网关，网关显屏上显示出采集信息。如果物体进入20cm测距范围内，蜂鸣器会报警。

（三）系统总流程

终端节点：按动按键，触发终端节点的发送事件，发送事件调用超声波函测定距离函数，将数据反馈并且传输到协调器。

协调器：接收数据触接受事件，显示器显示数据并且判断数据是否大于20，若大于20，不触发蜂鸣器，若小于20，触发蜂鸣器发出警报

（四）数据流程

数据发送流程：Generic_ProcessEvent→Generic_HandleKeys事件→osal_start_timerEX→GenericApp_SendTheMessage→AF_DataRequest→osal_start_timerEX→GenericApp_SendTheMessage（循环）

数据接收流程：GenericApp_ProcessEvent→osal_msg_receive→AF_INCOMING_MSG_CMD事件→GenericApp_MessaGeMSGCB_→if（pkt→cmd.Data[1]<’2’）→蜂鸣器模块→事件完成

二、ZigBee介绍

（一）ZigBee物理信道

信道技术在物理层中扮演者重要的角色。一般来说，信道技术包括随机信息访问技术和时分复用技术。ZigBee技术暂时没有用到时分复用技术。因此，隨机信道技术是目前ZigBee需要考虑的最优先技术之一。随机接入技术在数据传输之前，节点首先监视信道，如果有合适的时间传输数据。不合适的情况下，可以随机退出。信道通过两种模式接入信标。ZigBee主要采用非信标模式。这主要是因为该模式更加灵活，并且不需要定期发射信标帧。所有节点都是为了访问信道而竞争的方法。

（二） ZigBee网络拓扑与设备类型

ZigBee技术的网络拓扑分为三种。星型，网络，树。ZigBee技术设备按照节点划分，也可以分为三种类型的节点。分别是路由器节点，终端节点，协调节点。三种类型的节点侧重不同，各自都有自己的焦点，为了完成各种网络行动，可以进行组合。

（三） ZigBee协议栈概述

ZigBee协议栈建立的基础是IEEE802.15.4，定义了协议的PHY和MAC层。ZigBee 协议栈体系中包含了许多层的元件，如堆栈层以及PHY、MAC层的元件。

（四）CC2530简介

市场上许多芯片制造商如捷力、美国微芯科技都提高工作在2.4GHZ的Zigbee芯片，但是分析上述公司的芯片发现，只有TI公司的CC2430/CC2530采用标准的8051 处理器，使用起来比较方便。CC253是TI 09年推出的在CC2430的基础上根据CC2430实际应用的一些问题做了一些改进，CC2530支持最新的2007/PRO协议栈。故本系统采用CC2530芯片作为核心部件。

CC2530的微控制器内核为增强型的8051，因此对于有51单片机基础的开发者来很容易掌握CC2530。除了8051 单片机内核外它还结合了具有灵敏度和抗干扰性的先进RF收发器。CC2530 提供了32KB、64KB、128KB、256KB四种不同版本内存的Flash存储器。

三、超声波传感器介绍

（一）超声波模块简介

超声波传感器模块使用接收反射波的方式来进行距离的测量，传感器有一个发射波的模块和一个接收波的模块组成。

超声波传感器由于是采用发射接收方式，所以在时间计算上有一个盲区，即MCU的最小反应时间，我们的模块的盲区在6cm。

（二）超声波模块主要技术参数

1：使用电压：DC5V

2：静态电流：小于2mA

3：电平输出：高5V

4：电平输出：底0V

5：感应角度：不大于15度

6：探测距离：6cm-80cm

（三）超声波模块工作原理

（1）触发距离测试的方式为IO，最少需要给10us的高电平信号;

（2）超声波会发送40khz的方波8个，并且检测返回的信号;

（3）检测到返回信号时，IO口输出一高电平，超声波历经的时间就是接收到电平所使用的过程时间.测试距离=（高电平时间*声速（340M/S））/2。

结语：

经过学习zigbee的相关知识以及所完成的超声波警报预警系统，我们完成了无线传感器网络的课程的学习。通过学习这门课程，我们学会了利用IRA软件来建立工程，编写，调试，下载程序。并通过CC2530单片机来调试分析程序功能。初期我们学习了基础理论，后期主要学习了部分代码以及如何将其拓展形成功能更加完善的程序。

参考文献：

[1]徐振福. ZigBee技术在智能家居系统中的研究应用[D].中国科学院大学工程与信息科学研究所，2014：13-14

[2]王斯琪.基于ZigeBee的超声波车位检测诱导系统设计[D].石家庄铁道大学，2015：13-15

[3]耿寸召. 基于ZigBee技术的停车场车位检测系统设计[D].内蒙古大学，2013：28-30

临沂大学， 山东 临沂 276000