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摘要:在物聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的大背景下，設(shè)計并實現(xiàn)基于ZigBee和云平臺技術(shù)的智慧企業(yè)管理系統(tǒng)。本系統(tǒng)由CC2530芯片主控制單元、ZigBee傳感器節(jié)點、控制節(jié)點、四輸入模擬量等所構(gòu)成的硬件部分；基于上位機的信息處理與顯示模塊構(gòu)成的軟件部分以及云平臺實時采集模塊三部分組成，實現(xiàn)了當(dāng)前環(huán)境數(shù)據(jù)實時采集和企業(yè)部分區(qū)域的設(shè)備控制，可以快速監(jiān)測當(dāng)前環(huán)境變化，并及時在云端顯示，有較強的實際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞:Zigbee;云平臺;智慧;企業(yè);管理系統(tǒng);設(shè)計

1引言

物聯(lián)網(wǎng)是指萬物相連的互聯(lián)網(wǎng)。在物聯(lián)網(wǎng)的底層，ZigBee無線通信相對于Bluetooth、WiFi具有傳輸穩(wěn)定、自組網(wǎng)、可以實現(xiàn)多點傳輸?shù)奶攸c，因此本文設(shè)計的智慧企業(yè)管理系統(tǒng)將采用ZigBee協(xié)議。在ZigBee技術(shù)的支撐下，它既能實時監(jiān)測當(dāng)前企業(yè)內(nèi)辦公區(qū)、工廠等其他環(huán)境中的數(shù)據(jù)值，另一方面也可以對該區(qū)域內(nèi)通風(fēng)、照明等設(shè)備進行智能化控制，進而達到減少電量損耗，節(jié)約資源，具有極高的環(huán)保價值和現(xiàn)實意義。

2系統(tǒng)總體設(shè)計

本系統(tǒng)設(shè)計分為硬件端和軟件端兩部分。硬件端通過節(jié)點模塊探測光照強度信號、人體紅外信號、溫濕度信號、空氣質(zhì)量信號、火焰信號，傳感器獲取火焰、煙霧等實時數(shù)據(jù)，再通過ADAM4150數(shù)字量采集器傳送到網(wǎng)關(guān)或云平臺上；傳感器獲取CO2、噪音、溫濕度、光照亮度、空氣質(zhì)量等模擬量，采用ZigBee作為繼電器或者多聯(lián)繼電器開關(guān)從而控制照明設(shè)備和通風(fēng)設(shè)備的運行。最后將獲取到的環(huán)境數(shù)據(jù)值進行處理并將最終采集到的信息通過Zigbee協(xié)調(diào)器傳到網(wǎng)關(guān)，數(shù)據(jù)可以在云平臺上進行直觀查看，同時用戶可以登陸云平臺對當(dāng)前環(huán)境舒適度進行優(yōu)化調(diào)整，對設(shè)備進行聯(lián)動控制。

3系統(tǒng)硬件設(shè)計

本系統(tǒng)采用TI公司的CC2530組建ZigBee傳感網(wǎng)。由于企業(yè)辦公區(qū)、工廠的區(qū)域范圍比較大，僅僅采用CC2530組建無線傳感網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點間的傳輸距離小于80m，出現(xiàn)類似于墻體等障礙物，傳輸距離會更短。因此系統(tǒng)設(shè)計時決定將CC2530中增加RFX2401C射頻前端，借此來提高節(jié)點間的傳輸距離。

3.1主控制單元CC2530和ZigBee無線傳輸

系統(tǒng)通過終端對環(huán)境數(shù)據(jù)值的采集和對芯片輸出的電平高低來判斷燈、風(fēng)扇是否打開，并用字符串將對應(yīng)的燈光亮度、通風(fēng)程度信息記錄下來，再將這一信息傳輸給網(wǎng)關(guān)（ZigBee協(xié)調(diào)器）。網(wǎng)關(guān)（ZigBee協(xié)調(diào)器）的主要功能包括：建立整個無線網(wǎng)絡(luò)、初始化網(wǎng)絡(luò)、確定網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識、分配短地址等，在本系統(tǒng)中，從終端收到的字符串信息可以通過串口通信傳輸給上位機。

3.2DO量、DI量的有線電路設(shè)計

首先將照明設(shè)備和通風(fēng)設(shè)備都連接在主控室的繼電器上，再將繼電器連接到ADAM4150上的DO信號上，最后通過ADAM4150上的DATA+、DATA-信號通過485口連接到網(wǎng)關(guān)，可以通過網(wǎng)關(guān)上的模擬開關(guān)直接對照明、通風(fēng)設(shè)備進行控制。考慮到企業(yè)每個區(qū)域都會涉及火焰?zhèn)鞲衅鳌熿F傳感器，通過ADAM4150來進行對這些DI量來進行反饋，用于檢測企業(yè)辦公區(qū)、工廠等區(qū)域是否有火情、煙霧。當(dāng)發(fā)生火情、煙霧等情況，則發(fā)出報警信號。主要表現(xiàn)為有和無兩種信號，便于數(shù)據(jù)的快速傳輸以及給員工一個較快的反應(yīng)。

3.3傳感器節(jié)點模塊、傳感器和執(zhí)行設(shè)備的聯(lián)動控制

在企業(yè)中，由于辦公區(qū)和工廠內(nèi)每天都需要有人工作，故要求企業(yè)辦公區(qū)和工廠等地區(qū)應(yīng)需要具有紅外檢測的功能，因此系統(tǒng)設(shè)計時采用ZigBee人體紅外傳感器節(jié)點模塊。當(dāng)白天正常上班時，從第一個人開始進入時，根據(jù)他所在的工作環(huán)境打開該區(qū)域的通風(fēng)和照明設(shè)備，并添加上紅外光敏傳感探測器。該探測器由熱釋電傳感器和光敏電阻兩部分構(gòu)成，熱釋電傳感器通過測量人體溫度波長范圍的紅光，進而探測到它的測量范圍內(nèi)是否有人；光敏電阻通過電阻的變化來檢測該區(qū)域當(dāng)前環(huán)境光照強度，通過程序設(shè)計來判斷是否達到需要優(yōu)化調(diào)節(jié)照明設(shè)備的光照強度和通風(fēng)設(shè)備的舒適度。ZigBee光照亮度傳感器節(jié)點模塊可以根據(jù)當(dāng)前環(huán)境的光照亮度進行燈光亮度的調(diào)節(jié)，當(dāng)光照強度大于一個設(shè)定人體最佳光照值時，則降低光照亮度；反之則進行增加光照亮度。ZigBee溫濕度傳感器節(jié)點模塊可以對當(dāng)前環(huán)境的溫濕度進行采集，同樣高于或低于人體最佳適應(yīng)值時，進行執(zhí)行設(shè)備的相應(yīng)調(diào)整。ZigBee空氣質(zhì)量傳感器節(jié)點模塊等其他傳感器節(jié)點可以對當(dāng)前環(huán)境的數(shù)據(jù)值進行一個采集，每隔10～15分鐘進行一個數(shù)據(jù)的重新采集，采集得到的數(shù)據(jù)值存儲到數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)庫中每天都主動進行一個記錄更新，以便于用戶可以隨時查詢。使用CO2傳感器進行采集數(shù)據(jù)，防止CO2濃度過高，導(dǎo)致工人出現(xiàn)不適反應(yīng)；采用光照傳感器、空氣質(zhì)量傳感器、溫濕度傳感器模塊等進行數(shù)據(jù)采集，風(fēng)速傳感器可以監(jiān)測到工廠外面的風(fēng)速大小、噪音變送器可以監(jiān)測到工廠內(nèi)部的噪音大小，實際上一般這種數(shù)據(jù)不易采集，可以通過ZigBee四輸入模擬量設(shè)備進行采集。

3.4ZigBee繼電器模塊、傳感器節(jié)點模塊組網(wǎng)配置

本系統(tǒng)底層開發(fā)采用IAREmbed-dedWorkbench8.10、TI公司的Zig-Bee協(xié)議棧。先將所有傳感器顯示的數(shù)據(jù)寫好，在WorkSpace下拉列表中把所涉及的傳感器代碼配置成.hex文件，再用SmartRFFlashProgrammer燒寫工具將代碼燒寫。最后用Zigbee組網(wǎng)參數(shù)設(shè)置V2.0進行配置。安裝好驅(qū)動，選擇相應(yīng)的端口，繼電器代碼設(shè)置為9600，傳感器設(shè)置為38400，四輸入模擬量采集器設(shè)置為38400，點擊連接模組。通過設(shè)置CHANNELID（11～26之間）和PANID（0x0000～0xFFFF），使它們在同一信道下，再對每個ZigBee繼電器/多聯(lián)繼電器進行序列號配置，從0x01（對應(yīng)著網(wǎng)關(guān)上的模擬開關(guān)1）開始配置；對傳感器節(jié)點模塊進行配置時，選擇好相應(yīng)的傳感器類型，同樣也需要設(shè)置序列號，接著在網(wǎng)關(guān)上進行相同的配置（在網(wǎng)關(guān)上PANID要從十六進制轉(zhuǎn)換成十進制），并在云平臺進行傳感器節(jié)點、繼電器節(jié)點的相應(yīng)序列號的設(shè)置，從而可以進行數(shù)據(jù)的采集。整體上來說，采用這樣的設(shè)計，可以減少布線和提高美觀度，同時進行傳感器與執(zhí)行設(shè)備的聯(lián)動控制，便于員工有一個美好的工作環(huán)境。

4系統(tǒng)上位機軟件設(shè)計

由于系統(tǒng)采集各類傳感器的采集數(shù)據(jù)值較為龐大，單純的數(shù)據(jù)監(jiān)測可能會造成通信堵塞，因此系統(tǒng)設(shè)計時統(tǒng)一采用數(shù)據(jù)整合方式進行采集，再與人體所能適應(yīng)環(huán)境進行匹配，從而完善企業(yè)內(nèi)工作的適宜舒適度。軟件測試流程圖如圖1所示。

5結(jié)論

本文設(shè)計基于ZigBee和云平臺的智慧企業(yè)管理系統(tǒng)，通過實時采集環(huán)境數(shù)據(jù)與工作環(huán)境適宜度進行相應(yīng)的調(diào)整來實現(xiàn)環(huán)境數(shù)據(jù)監(jiān)測防控以及對燈光亮度、通風(fēng)情況等進行相應(yīng)的控制，通過智能感應(yīng)裝置達到了自動控制和節(jié)能的功能。并且該系統(tǒng)還可以在云平臺實現(xiàn)智慧統(tǒng)計功能，能有效描述出當(dāng)天辦公區(qū)域、工廠區(qū)域的環(huán)境變化情況的使用情況，以便于員工能夠更好地在工作環(huán)境進行工作，大大降低了意外情況如火災(zāi)、室內(nèi)環(huán)境過熱等一些情況。管理者通過云平臺可以直觀查看企業(yè)內(nèi)部的環(huán)境數(shù)據(jù)和員工出入情況。下一步主要工作是對系統(tǒng)進行完善，比如：在信息采集模塊可以加入對進出人數(shù)的統(tǒng)計、增加對視頻監(jiān)控器的控制；集成多種方式對室內(nèi)環(huán)境進行檢測；上位機的界面和功能設(shè)計也可以進一步優(yōu)化。

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作者:沈萍萍 瞿偉 王明宇 吳瀟晴 單位:蘇州市職業(yè)大學(xué)計算機工程學(xué)院