物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下的智能火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)
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2．2 傳感器單元設(shè)計(jì)
參考文獻(xiàn)對(duì)火災(zāi)產(chǎn)生的原因、火災(zāi)預(yù)警原理及火災(zāi)信號(hào)選取做了詳細(xì)的分析?；诖?，根據(jù)火災(zāi)發(fā)生的前期特征，系統(tǒng)分別選取了溫度、濕度、煙霧和CO濃度作為火災(zāi)監(jiān)測(cè)對(duì)象。各傳感節(jié)點(diǎn)采用多傳感器技術(shù)，分別連接了DHT21溫濕度傳感器、MQ2煙霧傳感器和MQ7一氧化碳傳感器。DHT21是含有已校準(zhǔn)數(shù)字信號(hào)輸出的溫濕度復(fù)合傳感器，采用單排4針引腳封裝。使用時(shí)，只需將DATA引腳連接到MCU的任意GPIO即可，這里是連接到CC2530的P1 5引腳。另外，為了確保CC2530對(duì)DHT21有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，在DHT21 DATA引腳接有5．1 kΩ的上拉電阻，確保芯片有合適的灌電流。這樣，只要按照DHT21的邏輯時(shí)序編寫程序，控制MCU引腳的輸入／輸出，就可以從DATA引腳準(zhǔn)確讀出溫濕度數(shù)據(jù)。
MQ2和MQ7傳感器都屬于氣敏型傳感器，兩者的原理相似，都屬于MQ傳感器。MQ傳感器所采用的氣敏材料是在清潔空氣中電導(dǎo)率極低的SnO2，當(dāng)將它放置于某種敏感氣體環(huán)境中時(shí)，電導(dǎo)率將隨該種敏感氣體濃度的增大而增大。因此，在驅(qū)動(dòng)MQ傳感器時(shí)，只需根據(jù)傳感器特性搭建合理的驅(qū)動(dòng)電路即可。MQ傳感器的輸出均為模擬量，故應(yīng)交由MCU進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。CC2530的P0口是其內(nèi)部ADC的8通道輸入端口，故將MQ2和MQ7的輸出端分別連接至P0_0引腳和P0_1引腳。MQ傳感器有6只針狀引腳，如圖2所示。2引腳和5引腳用于提供加熱電流，供電電壓為5 V，其余引腳用于信號(hào)取出。通過電路分析可知，4引腳和6引腳的輸出電壓為
。Rs為敏感體電阻，阻值一般為2～20 kΩ。當(dāng)空氣中的敏感氣體濃度增加時(shí)，電導(dǎo)率增加，Rs下降，故輸出電壓Uout增大。電位器RL除了起到限流作用外，最主要的作用就是實(shí)現(xiàn)對(duì)WSN節(jié)點(diǎn)靈敏度的調(diào)節(jié)和校準(zhǔn)。由于MQ傳感器內(nèi)部的氣敏元件在不同環(huán)境下對(duì)不同種類、不同濃度的氣體有著不同的阻值Rs，因此為精確考慮，在溫、濕度變化較大的環(huán)境中，需要對(duì)節(jié)點(diǎn)的靈敏度進(jìn)行調(diào)節(jié)，這也是系統(tǒng)增加濕度測(cè)量的一個(gè)主要原因。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
3．1 ZigBee—WSN軟件設(shè)計(jì)
底層的數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)采用ZigBee2007協(xié)議規(guī)范設(shè)計(jì)，基于TI公司提供的半開源Z-Stack協(xié)議棧開發(fā)。系統(tǒng)的整體流程如圖3所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/159419.htm
3．2 系統(tǒng)GUI設(shè)計(jì)
由于要求控制管理中心PC提供良好的人機(jī)交互環(huán)境，故采用圖形用戶界面(Graphical User Interface ，GUI)設(shè)計(jì)。采用GUI設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)就在于它提供的界面具有友好性，可以幫助減少用戶的認(rèn)知負(fù)擔(dān)，滿足不同用戶的設(shè)計(jì)需求。當(dāng)前較為流行的GUI設(shè)計(jì)技術(shù)包括MiniGUI、OpenGUI、Microwindows／Nano—X、Qt等，另外，采用VC++、VB等也可以完成GUI的開發(fā)。但是，這些軟件在API的封裝性、跨平臺(tái)性、代碼量、設(shè)計(jì)難度和開發(fā)周期上都存在很大差異，擁有各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。因此，綜合考慮各種因素，這里采用Qt技術(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)的GUI。設(shè)計(jì)是基于Qt 4．7 SDK完成的，該軟件版本集成了Qt 4．7．4和Qt Creater 2．4．1集成開發(fā)環(huán)境(IDE)。
設(shè)計(jì)時(shí)，首先在main．cpp文件中創(chuàng)建QApplication類對(duì)象。QApplication類主要用于設(shè)置和管理GUI應(yīng)用程序及其控制流，包括控制主事件的循環(huán)、初始化和結(jié)束來自用戶接口或其他系統(tǒng)資源的應(yīng)用程序、提供會(huì)話管理等。然后就可以根據(jù)系統(tǒng)需要添加實(shí)際應(yīng)用，這里設(shè)計(jì)了一個(gè)系統(tǒng)登錄窗口和一個(gè)控制管理窗口，分別命名為logindlg．cpp和firesystem．cpp。添加完成后，將自動(dòng)生成相應(yīng)的頭文件(logind lg．h、firesystem．h)和界面文件(logindlg．ui、firesystem．ui)。
控制管理中心PC要接收網(wǎng)絡(luò)管理節(jié)點(diǎn)發(fā)送的環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，因此實(shí)現(xiàn)串口通信是進(jìn)行GUI設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。Qt本身并沒有提供串口控制類，故需要采用第三方編寫的qextserialport類。qextsetialport類實(shí)際上是QIODevice的派生類，使用時(shí)，需要為工程添加相應(yīng)的類文件qextseri albase．cpp、qextserialbase．h以及win_qextserialport．cpp、win_qextserialport．h。設(shè)計(jì)控制管理窗口時(shí)，為了保證系統(tǒng)配置的靈活性，在UI設(shè)計(jì)窗口中分別添加“端口號(hào)”、“波特率”、“數(shù)據(jù)位”、“校驗(yàn)位”、“停止位”5個(gè)Combo BOX下拉列表。然后通過按鍵Push Button進(jìn)行系統(tǒng)的開啟和關(guān)閉設(shè)計(jì)。Push Button的觸發(fā)采用的是Qt提供的信號(hào)與槽機(jī)制，所有從QObject類及其子類派生的類都可以使用該機(jī)制。信號(hào)與槽機(jī)制是Qt的核心機(jī)制，它為用戶提供了一種高級(jí)接口，該接口可用于各類應(yīng)用對(duì)象之間的通信。這里僅給出實(shí)現(xiàn)串口通信的幾個(gè)重要函數(shù)。
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