四、系統工作原理

　　對于一個完整的火災傳感器節點，需要具有小尺寸、低功耗、適應性強的特點，ZigBee設備為低功耗設備，其發射輸出0dbm～3.6dbm，通信距離為 30米～70米，具有能量檢測和鏈路質量指示，根據這些檢測結果，設備可自動調整設備的發射功率，在保證通信鏈路質量的條件下，最小地消耗設備能量，SD 節點在睡眠狀態時，功耗電流約為30uA。在網絡數據通信時，Zigbee建立一次連接的時間約為20-30ms，這樣短的連接時間可以大大減少傳感器節點上報給FLCH節點數據碰撞的概率；在網絡安全方面，無線傳感器網絡在Zigbee技術上，采用了密鑰長度為128位的加密算法，對所傳輸的數據信息進行加密處理。

　　SN節點由Zigbee模塊（CC2420和Atmegal-128L兩部分所組成）、硬件檢測電路。硬件檢測電路檢測火災傳感器節點所在的環境，當火災發生變化時，觸發Zigbee模塊的I/O中斷將信息傳送給Zigbee模塊，模塊從睡眠狀態喚醒，模塊利用自身的控制芯片對信息進行處理后，再以無線的方式傳送給FLCH節點。

　　1、Zigbee模塊初始化過程

　　Zigbee模塊進行通信之前需要進行有效的初始化，初始化也是網絡的完整性和有效性驗證。在初始化通信過程中，FLCH節點主動廣播連接信令，在SN節點成功地接收和驗證一個數據幀和MAC命令幀后，向FLCH節點返回確認幀，SN節點的Zigbee模塊被置于Sleep工作模式，接下來FLCH節點與 SN節點進行主從角色轉換，FLCH節點模塊處于從模式工作狀態，等候響應連接請求信令；此時SN節點中的Zigbee模塊工作在主模式下，等待著有需求時喚醒發起連接請求。在初始化結束后，SN節點Zigbee模塊工作于Sleep模式，拒絕任何的連接請求。這種設計大大降低了傳感器節點的功耗；并且傳感器節點只是在有需求時喚醒并主動與FLCH節點建立連接，保證了FLCH節點和傳感器節點間通信的安全可靠。

　　2、Zigbee模塊信息處理過程

　　信息處理過程是在傳感器節點的硬件檢測電路檢測到其所在的環境發生變化時，由傳感器節點中的Zigbee模塊對信息簡單處理后，主動發起連接將處理后的信息傳送給FLCH節點，由于在工程中測試結論已表明，該無線傳感器網絡的SN節點99％以上的時間處于Sleep狀態，只需要周期性地監聽其無線信道，判斷是否有需要自己處理的數據消息，功耗的數學期望值可低至30μA。[4][5]

　　3、Zigbee基站節點和GSM數據模塊

　　分布在傳感器網絡中的基站（BS）節點主要用于接收SN節點的數據上報，并將其進行融合處理，傳給TC35數據模塊,通過GSM網絡傳遞給中央信息控制中心。BS節點由Zigbee模塊、MCUAtmegal-128L、GSM數據模塊TC35組成。Zigbee模塊和微控制器之間的連接是通過異步串行口實現的，它們之間的通信速度為38.4kBaud，由于傳感器網絡中分布著多個SLCH節點，因此基站節點的MCU要利用軟件中斷實現對不同ID 的SLCH節點上傳數據輪詢掃描，使SLCH節點的數據可以有序、完整地通過微控制器處理后傳出。基站（BS）節點在此傳感器網絡中充當的是傳感器節點和 GSM網絡之間的網關。利用Atmegal-128L控制TC35模塊完成BS節點和控制中心的通信。Atmegal-128L與TC35通過異步串行口相連，通過AT指令對GSM控制器進行寫操作，模塊支持標準AT指令，可采用SIMENS增強AT指令控制進行數據傳輸，在工程應用時，只需要給模塊配備 SIM即可[6]。

　　4、中央信息控制中心

　　中央信息控制中心由監控模塊、配置模塊、數據庫三個部分組成。它通過GSM網絡與多個匯節點間接連接在一起，監控模塊通過對通信串口的實時監控，實現對分布式匯節點上報信息的及時接收、解析、處理以及發送控制信令給不同ID的SLCH節點實現對傳感器節點的間接、實時性的監控和數據采集。

　　五、實驗結果

　　選用GAINZ節點模塊和事件驅動接口板，選取部分火災探測智能算法，取得初步的實驗結果。結果表明采用標準的網絡協議，結合火災探測系統特點，和智能算法在無線傳感器網絡WSN構架下，開發火災智能無線報警系統是可行的。火災無線傳感器硬件和軟件平臺的設計對于整個系統的開發與應用至關重要，作為整個系統的底層支持，其必然向微型化、高度集成化、網絡化、節能化、智能化的方向發展，近幾年，隨著計算機成本下降和微處理器體積縮小，開發和構造火災智能無線報警系統將有廣闊的應用前景。工程試驗結果充分顯示了技術的可行性和實現的有效性。

　　參考文獻：

　　[1]<> 0-7803-7700-1/03 2003 IEEE。

　　[2] ZigBee technology and applications: Freescale Technology Forum

　　[3]Sinha A,Chandrakasan A.Energy aware software[A].Proc.VLSI Design 2000 [C].-Calcutta,India,2000,1。

　　[4] I. F. Akyildiz, W. Su, Y. Sankarasubramaniam and E. Cayirci. Wirelesssensor networks: a survey

　　[5] Estrin,D. “Wireless sensor networks：application driver for low Power distributed systems”. Low Power Electronics and Design, International Symposium on，2001，page:194．

　　[6] 章步云.GSM數據傳輸技術及其在野外實時數據采集系統中的應用.通信學報.2004,vol.25 page:94-97