基于ZigBee技術(shù)的紅外人體探測(cè)系統(tǒng)測(cè)試

摘要：為減少城市戰(zhàn)傷亡率，提出了一種基于ZigBee和藍(lán)牙技術(shù)的紅外人體探測(cè)系統(tǒng)方案。以星型網(wǎng)絡(luò)為原型，對(duì)系統(tǒng)的探測(cè)距離及靈敏度、抗干擾能力、節(jié)點(diǎn)功耗、穿透能力進(jìn)行了測(cè)試，做出了定量分析，提出了增大發(fā)射功率、使用穩(wěn)定鋰電池、縮小探測(cè)距離及角度、部署在關(guān)鍵點(diǎn)、增加關(guān)鍵點(diǎn)路由等改進(jìn)方法，從而提高系統(tǒng)實(shí)戰(zhàn)穩(wěn)定性。測(cè)試表明，ZigBee紅外人體探測(cè)系統(tǒng)功耗低、抗干擾、組網(wǎng)速度快、穿透能力強(qiáng)。半徑為6 m，圓心角為80°的扇形是其理想的探測(cè)區(qū)域。
關(guān)鍵詞：ZigBee；人體探測(cè)；協(xié)調(diào)器；城市戰(zhàn)；測(cè)試

隨著全球范圍內(nèi)的恐怖襲擊、局部戰(zhàn)爭(zhēng)不斷升級(jí)，城市已成為21世紀(jì)的主戰(zhàn)場(chǎng)。運(yùn)用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能有效地提高城市戰(zhàn)中精確打擊、重點(diǎn)防御能力，ZigBee作為現(xiàn)存的最適合于搭建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的新興技術(shù)，已經(jīng)受到國(guó)內(nèi)外普遍關(guān)注，探索其城市戰(zhàn)應(yīng)用對(duì)提高我軍戰(zhàn)技水平跨躍式發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。筆者以紅外人體探測(cè)這一典型應(yīng)用為突破口，對(duì)基于ZigBee技術(shù)的紅外人體探系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試，為實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用提供了參考。

1 原型系統(tǒng)
由于應(yīng)用背景為戰(zhàn)場(chǎng)人體探測(cè)，設(shè)定ZigBee終端節(jié)點(diǎn)之間不通信，只與路由節(jié)點(diǎn)或協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。鑒于星型網(wǎng)的簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)，首先從星型網(wǎng)入手，實(shí)現(xiàn)一個(gè)小型ZigBee星型網(wǎng)的組網(wǎng)。原型系統(tǒng)使用成都無線龍公司生產(chǎn)的ZigBee網(wǎng)絡(luò)開發(fā)平臺(tái)和深圳商斯達(dá)公司生產(chǎn)的SS-101紅外人體探測(cè)模塊。3個(gè)ZigBee終端節(jié)點(diǎn)與紅外探測(cè)模塊相連，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)與藍(lán)牙串口通信模塊相連，上位機(jī)上運(yùn)行監(jiān)視界面。各節(jié)點(diǎn)及模塊使用電池或外接電源供電，系統(tǒng)加電后協(xié)調(diào)器自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)，終端節(jié)點(diǎn)加入后系統(tǒng)進(jìn)入休眠狀態(tài)，當(dāng)有人靠近某一終端節(jié)點(diǎn)時(shí)，紅外人體探測(cè)模塊輸出電平信號(hào)喚醒終端節(jié)點(diǎn)，將報(bào)警信號(hào)傳送到協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過藍(lán)牙串口模塊與上位機(jī)串口連接并發(fā)送報(bào)警數(shù)據(jù)至上位機(jī)。實(shí)物連接示意圖如圖1所示。

2 穩(wěn)定性測(cè)試及改進(jìn)
2．1 測(cè)試說明
在系統(tǒng)測(cè)試過程中，盡可能全面地營(yíng)造出城市戰(zhàn)中可能出現(xiàn)的探測(cè)場(chǎng)景和無線信號(hào)干擾源，采取實(shí)際測(cè)試與定量分析相結(jié)合的方法，提出了改進(jìn)系統(tǒng)穩(wěn)定性的方法。但在普通室外環(huán)境下，電磁干擾強(qiáng)度不夠，實(shí)戰(zhàn)復(fù)雜電磁環(huán)境不易構(gòu)建，加之建筑物的反射不易控制、人為測(cè)量誤差等因素，導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果可能有一定的偏差。
2．2 通信距離測(cè)試
2．2．1 測(cè)試過程
考慮到城市戰(zhàn)應(yīng)用環(huán)境，將測(cè)試地點(diǎn)選在室外樓房之間，使用外接電源和堿性電池兩種方式為終端節(jié)點(diǎn)和協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)供電，以實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)不同的發(fā)射、接收功率。協(xié)調(diào)器加電后完成初始化并自動(dòng)建立網(wǎng)絡(luò)，終端節(jié)點(diǎn)加電后自動(dòng)搜索網(wǎng)絡(luò)，成功加入后終端節(jié)點(diǎn)上的LED每秒閃爍一次，在無法搜尋到網(wǎng)絡(luò)或發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)鏈路丟失后該LED保持常亮，同時(shí)繼續(xù)搜尋網(wǎng)絡(luò)。在不同的距離上每組測(cè)試做10次，測(cè)試統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。

通過實(shí)際測(cè)試發(fā)現(xiàn)，在室外環(huán)境下如果Zigaee節(jié)點(diǎn)均使用電池供電，節(jié)點(diǎn)間通信實(shí)際距離可以超過30 m，甚至在45 m之外的地方也能保持良好的通信狀態(tài)，但偶爾會(huì)有中斷現(xiàn)象。如果加大收發(fā)功率，用外接電源來維持模塊的供電，則可以實(shí)現(xiàn)60m的通訊距離。