一種基于ZigBee和Android的火災信號監測系統的制作方法

本發明涉及智能火災監控系統，特別是設計一種基于ZigBee和Android的火災信號監測系統

背景技術：

傳統的火災報警系統采用的都是有線連接方式，而這種系統應用最多的就是RS485總線、CAN總線來傳輸傳感器采集的數據，采用這種方式的優點是簡單易行而且傳輸誤碼率相對較低，但是需要在建筑當中提前埋線，隨著使用時間變長，線路會發生老化、腐蝕、磨損等各種各樣不可預知的情況，嚴重情況會導致系統失靈無法報警，因此無線火災報警系統一定會成為未來發展的主流。

近幾年興起的技術是物聯網發展中的一個重要的無線通信技術,具有以下幾個特點：低速率、低功耗、低成本、短時延、免許可無線通信頻段。降低了硬件成本,提高了系統穩定性。另一方面,現有的移動設備資源豐富,Android系統的操作便利性,完全可以滿足了現代監控系統人性化的要求

目前大多數系統將控制接入Internet,都是基于網絡對系統進行遠程控制,在一些場合不是很方便。該系統通信方式兼有WIFI和3G兩種無線通信技術，可以節約流量，提高系統的可行性。

技術實現要素：

本發明的目的是克服現有的火災監控系統的不足，具體實現一種基于ZigBee和智能手機的安全可靠，靈活性高，擴展性好的系統。

為了實現上述目的，本發明是通過如下技術方案實現的：包括數據采集端的ZigBee設計、PC端設計、Web服務器端設計、以及Android客戶端設計。主要功能在兩方面：本系統包含一個基于ZigBee的無線傳感器網絡，可以通過手機端的App遠程查看傳感器數據，以曲線的和實時數據的形式顯示各個不同節點的傳感器組的數值，當采集到的環境信息超過設定好的閾值時，會自動發送火災預警短信；視頻監控終端集成Web服務器，只要能連入互聯網，便可通過手機App來查看監控視頻，并且可以通過App控制攝像頭在一定范圍內轉動,以擴大監控范圍。本發明只要利用一個手機APP，在任何有網的地方都可以監視房間內的信息，而且性能穩定可靠，便于推廣使用，對于火災的發生做到防患于未然。

上述的一種基于ZigBee和Android的火災信號監測系統，其特征在于：包括ZigBee端設計、PC端設計，Web服務器端設計、視頻采集端設計以及Android客戶端設計。所述的ZigBee采集節點安放在家居房屋內，用來實時采集環境信息并將信息通過ZigBee傳感器網絡發送給ZigBee路由器；多個ZigBee路由器將多個傳感器采集的數據匯總后打包傳輸給ZigBee網絡協調器；ZigBee協調器通過RS-232串口與PC端進行通信；PC端把傳輸到的信息通過互聯網發送到網絡服務器端并保存在服務器端的數據庫內；手機端的APP客戶端實時調用服務器內的數據信息，用來顯示環境情況以及進行火災報警；另外視頻采集端實時監控圖像信息，并把數據傳輸到服務器以備手機端調用監控。

上述的一種基于ZigBee和Android的火災信號監測系統，其特征在于：所述ZigBee端設計是使用ZigBee模塊進行無線通信。ZigBee無線模塊采用的是CC2530F256模塊。ZigBee節點的射頻芯片選用TI公司的CC2530。ZigBee節點包括終端節點、路由器節點和網絡協調器節點三部分，三部分在硬件上沒有區別，只是在軟件設計上按功能進行區分。

上述的一種基于ZigBee和Android的火災信號監測系統，其特征在于：信號采集傳感器由溫度傳感器18B20、煙霧傳感器MQ-2、CO傳感器MQ-7組成。

上述的一種基于ZigBee和Android的火災信號監測系統，其特征在于：PC端具有RS-232串口接入功能，并可以與ZigBee協調器進行通信，利用JAVA語言實現實時接收串口數據和實時上傳數據到服務器端。

上述的一種基于ZigBee和Android的火災信號監測系統，其特征在于：服務器端基于Linux的CentOS系統，功能主要包括，用戶登錄模塊、傳感器數據PC端通信模塊、數據Android端通信模塊；服務器端使用Tomcat作為服務器的核心提供服務；使用Xshell遠程使用命令行操作，部署模塊；使用FTP軟件，完成代碼的部署。

上述的一種基于ZigBee和Android的火災信號監測系統，其特征在于：Android端使用華為榮耀8手機端，硬件包括ARM處理器、Flash閃存、SDRAM、Wifi模塊和電源。其軟件功能包括用戶登錄模塊，環境監控模塊，閾值報警模塊，設置模塊，實時數據圖像顯示模塊。

上述的一種基于ZigBee和Android的火災信號監測系統，其特征在于：視頻采集端硬件使用Vstarcam網絡攝像機。

本發明的有益效果是：分布在家庭各個角落的傳感器節點可以實時的采集環境信息，而且采用CC2530模塊，具備ZigBee協議棧，提供了完整而強大的ZigBee解決方案，使用服務器/客戶端的通信模型，利用Android平臺作為監控的終端，一旦檢測到的CO,煙霧，溫度的數值超過規定的閾值，就會利用阿里云服務給用戶發送報警短信，用戶打開手機，通過Android實現界面顯示的功能，以及多線程處理實現可以實時監控房間內的情況，另外，還可以利用遠程的視頻監控，來確定是不是真的發生了火災，防患于未然，將會大大減少火災的危害。

本發明的優點在于：

1)本發明的系統組網簡單，維護方便，網絡的冗余性和健壯性強，靈活性強，只要利用一個手機APP，在任何有網的地方都可以監視房間內的信息，而且性能穩定可靠，便于推廣使用；

本發明使用ZigBee技術搭建無線傳感器網絡，低能耗，低成本，傳輸性能好，能夠確保數據安全，可靠性高；

本發明在物聯網應用層的開發上，使用客戶端/服務器通信模型，進行傳感器數據從PC機、服務器、Android手機客戶端的過程，高效而且成本低，方便用戶群體，是未來發展的方向。

附圖說明

通過參考以下結合附圖的說明及權利要求書的內容,并且隨著對本發明的更全面理解,本發明的其它目的及結果將更加明白及易于理解。在附圖中：

圖1為本發明基于ZigBee和Android的火災信號監測系統結構示意圖

圖2為本發明基于ZigBee和Android的火災信號監測系統ZigBee節點的硬件結構圖

圖3為本發明基于ZigBee和Android的火災信號監測系統數據采集傳輸端結構示意圖

圖4為本發明基于ZigBee和Android的火災信號監測系統Android端結構示意圖

具體實施方案

為了加深對本發明的理解，下面將結合實施例對本發明作進一步詳述，該實施例僅用于解釋本發明，并不構成對本發明保護范圍的限定。

如圖1所示，一種基于ZigBee和Android的火災信號監測系統結構示意圖，在硬件方面的方面，在搭建無線傳感器硬件平臺之前應該對火災產生時產生的物質及其它環境變量進行分析，并針對這些選擇合適類型的傳感器，包括CO、煙霧、溫度、濕度、火焰等。火災探測中核心處理器的選擇可以有多種類型，可以選擇單片機以及ARM等。無線模塊則選擇低復雜度、低功耗、低成本的ZigBee，在目前大多數的火災監控系統中也都是選擇ZigBee來傳輸數據。本發明前端采集方面是利用ZigBee與多傳感器網絡來對多節點的物理信息數據進行采集。

然后，一方面，將無線傳感器網絡傳輸來的數據與服務器進行通信并把數據存到數據庫中，利用C/S模型與手機客戶端通過HTTP協議進行通信，將傳感器平臺采集的數據實時的顯示在客戶端，另一方面，利用網絡攝像機把火災發生地點的實時情況記錄下來，Android平臺設備通過HTTP網絡協議與遠程網絡攝像機建立網絡連接，通過RTP實時傳輸協議接收到網絡攝像機壓縮好的視頻圖像數據進行解析播放。另外，Android平臺設備通過HTTP網絡協議向監控端網絡攝像機解碼器發送云臺控制命令，解碼器識別正確命令后操作內置電機完成相應動作，實現遠程調整攝像機拍攝角度的功能。

最后進行Android客戶端的應用程序設計，從而實現火災信息監測的功能，對于情況異常的區域能夠做出快速的反應，從而可以降低火災的發生。

如圖2所示，基于ZigBee和Android的火災信號監測系統ZigBee節點的硬件結構圖，傳感器節點是構成整個ZigBee網絡的基礎單元，按照相應的設計需求本設計將傳感器節點劃分為四個部分：分別是負責感應環境變量的傳感器單元、對信號進行處理的微處理器單元、無線數據傳輸單元以及供電單元。

如圖3所示，基于ZigBee和Android的火災信號監測系統數據采集傳輸端結構示意圖，采集傳輸端分為三個部分，首先是傳感器信息采集部分，前端通過多節點傳感器采集煙霧濃度，CO濃度和溫度信息，積累了很多的環境信息，這些數據通過ZigBee無線傳輸，通過串口傳輸給PC機，PC機中建立WEB服務器來將數據存到數據庫中，同時把數據利用C/S通信機制模型和HTTP協議將數據傳給基于Android的手機客戶端。然后，進行視頻信息的采集，我們使用網絡攝像機，我們通過HTTP網絡協議與遠程網絡攝像機建立網絡連接，通過RTP實時傳輸協議接收到的視頻圖像數據進行解析播放。最后，對視頻信息的角度進行控制，利用網絡攝像機提供了基于HTTP協議的API接口，可以通過Java語言寫入接口程序對網絡攝像機進行多種控制應用，我們通過發送控制命令實現對攝像機拍攝角度的控制。

如圖4所示，基于ZigBee和Android的火災信號監測系統Android端結構示意圖，首先要設計歡迎界面和登錄界面，當用戶點擊打開安裝于Android平臺設備上的嵌入式軟件時，會有用戶密碼輸入界面驗證用戶身份，實現密碼保護功能，保護被監視對象的隱私安全。然后是功能選擇界面，我們總共分為四個方面的功能，各節點環境信息獲取，視頻數據接收，控制攝像頭拍攝角度，以及可以查詢新聞和天氣的信息服務。

由上所述的基于ZigBee和Android的火災信號監測系統及其方法的使用步驟如下：

a).ZigBee傳感器網絡布置位置，采集節點，路由器節點以及協調器節點上電，與PC機的串口相連，進行通信；同時把Vstarcam網絡攝像機安裝好，上電，連上網線，進行監控。

b).PC機中間件軟件打開，阿里云服務器配置完成，MySql數據庫準備接受數據；

c).智能Android手機開啟，APP開啟，進入登錄界面；

d).在登錄界面輸入相應的用戶名和密碼，經過系統數據庫校對信息后顯示相應的界面，并根據自己的權限對基于ZigBee和Android的火災信號監測系統進行相應的操作。

由上述所述具體傳輸原理與程序進程是：傳感器信息采集部分，前端通過多節點傳感器采集煙霧濃度，CO濃度和溫度信息，積累了很多的環境信息，多個采集節點的ZigBee利用Zstack2007協議將信息無線通信傳輸給ZigBee協調器節點用來匯總數據，并通過串口傳輸給PC機；

進一步的進程是：利用PC機內編程實現的中間件模塊，將ZigBee通過串口傳過來的數據處理，并且與遠程阿里云服務器的Tomcat進行通信；

進一步的進程是：數據實時傳輸到了服務器，存儲到服務器內的MySql數據庫，并且與數據庫中的報警閾值進行比較，如果超過閾值，就會觸發報警短信，給指定的手機號發信息；

進一步的進程是：數據傳輸到了手機APP端，在登錄之后，可以實時的畫出數據的波動圖，并且可以通過用戶操作，查看攝像機監控的圖像信息，做到火災信息及早的發現。

本發明基于和的博物館文物監護系統,由于ZigBee技術具有低速率、低功耗、低成本等優點,降低了硬件成本,提高了系統穩定性；并且,Android終端設備資源豐富,監控子系統系統操作便利,提高了用戶體驗。本發明的系統組網簡單,維護方便,網絡的冗余性和健壯性強,人機交互性能好,只要利用一個手機APP，在任何有網的地方都可以監視房間內的信息，而且性能穩定可靠，便于推廣使用，對于火災的發生做到防患于未然。