本發(fā)明涉及智能火災監(jiān)控系統(tǒng)，特別是設計一種基于ZigBee和Android的火災信號監(jiān)測系統(tǒng)

背景技術：

傳統(tǒng)的火災報警系統(tǒng)采用的都是有線連接方式，而這種系統(tǒng)應用最多的就是RS485總線、CAN總線來傳輸傳感器采集的數(shù)據(jù)，采用這種方式的優(yōu)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(fā)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(tǒng)失靈無法報警，因此無線火災報警系統(tǒng)一定會成為未來發(fā)展的主流。

近幾年興起的技術是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)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(tǒng)穩(wěn)定性。另一方面,現(xiàn)有的移動設備資源豐富,Android系統(tǒng)的操作便利性,完全可以滿足了現(xiàn)代監(jiān)控系統(tǒng)人性化的要求

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

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有的火災監(jiān)控系統(tǒng)的不足，具體實現(xiàn)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(tǒng)。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是通過如下技術方案實現(xiàn)的：包括數(shù)據(jù)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(tǒng)包含一個基于ZigBee的無線傳感器網(wǎng)絡，可以通過手機端的App遠程查看傳感器數(shù)據(jù)，以曲線的和實時數(shù)據(jù)的形式顯示各個不同節(jié)點的傳感器組的數(shù)值，當采集到的環(huán)境信息超過設定好的閾值時，會自動發(fā)送火災預警短信；視頻監(jiān)控終端集成Web服務器，只要能連入互聯(lián)網(wǎng)，便可通過手機App來查看監(jiān)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(jiān)控范圍。本發(fā)明只要利用一個手機APP，在任何有網(wǎng)的地方都可以監(jiān)視房間內的信息，而且性能穩(wěn)定可靠，便于推廣使用，對于火災的發(fā)生做到防患于未然。

上述的一種基于ZigBee和Android的火災信號監(jiān)測系統(tǒng)，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(jié)點安放在家居房屋內，用來實時采集環(huán)境信息并將信息通過ZigBee傳感器網(wǎng)絡發(fā)送給ZigBee路由器；多個ZigBee路由器將多個傳感器采集的數(shù)據(jù)匯總后打包傳輸給ZigBee網(wǎng)絡協(xié)調器；ZigBee協(xié)調器通過RS-232串口與PC端進行通信；PC端把傳輸?shù)降男畔⑼ㄟ^互聯(lián)網(wǎng)發(fā)送到網(wǎng)絡服務器端并保存在服務器端的數(shù)據(jù)庫內；手機端的APP客戶端實時調用服務器內的數(shù)據(jù)信息，用來顯示環(huán)境情況以及進行火災報警；另外視頻采集端實時監(jiān)控圖像信息，并把數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒掌饕詡涫謾C端調用監(jiān)控。

上述的一種基于ZigBee和Android的火災信號監(jiān)測系統(tǒng)，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(jié)點的射頻芯片選用TI公司的CC2530。ZigBee節(jié)點包括終端節(jié)點、路由器節(jié)點和網(wǎng)絡協(xié)調器節(jié)點三部分，三部分在硬件上沒有區(qū)別，只是在軟件設計上按功能進行區(qū)分。

上述的一種基于ZigBee和Android的火災信號監(jiān)測系統(tǒng)，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(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：PC端具有RS-232串口接入功能，并可以與ZigBee協(xié)調器進行通信，利用JAVA語言實現(xiàn)實時接收串口數(shù)據(jù)和實時上傳數(shù)據(jù)到服務器端。

上述的一種基于ZigBee和Android的火災信號監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：服務器端基于Linux的CentOS系統(tǒng)，功能主要包括，用戶登錄模塊、傳感器數(shù)據(jù)PC端通信模塊、數(shù)據(jù)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(jiān)測系統(tǒng)，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(huán)境監(jiān)控模塊，閾值報警模塊，設置模塊，實時數(shù)據(jù)圖像顯示模塊。

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

本發(fā)明的有益效果是：分布在家庭各個角落的傳感器節(jié)點可以實時的采集環(huán)境信息，而且采用CC2530模塊，具備ZigBee協(xié)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(jiān)控的終端，一旦檢測到的CO,煙霧，溫度的數(shù)值超過規(guī)定的閾值，就會利用阿里云服務給用戶發(fā)送報警短信，用戶打開手機，通過Android實現(xiàn)界面顯示的功能，以及多線程處理實現(xiàn)可以實時監(jiān)控房間內的情況，另外，還可以利用遠程的視頻監(jiān)控，來確定是不是真的發(fā)生了火災，防患于未然，將會大大減少火災的危害。

本發(fā)明的優(yōu)點在于：

1)本發(fā)明的系統(tǒng)組網(wǎng)簡單，維護方便，網(wǎng)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(wǎng)的地方都可以監(jiān)視房間內的信息，而且性能穩(wěn)定可靠，便于推廣使用；

本發(fā)明使用ZigBee技術搭建無線傳感器網(wǎng)絡，低能耗，低成本，傳輸性能好，能夠確保數(shù)據(jù)安全，可靠性高；

本發(fā)明在物聯(lián)網(wǎng)應用層的開發(fā)上，使用客戶端/服務器通信模型，進行傳感器數(shù)據(jù)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(fā)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(fā)明的更全面理解,本發(fā)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(fā)明基于ZigBee和Android的火災信號監(jiān)測系統(tǒng)結構示意圖

圖2為本發(fā)明基于ZigBee和Android的火災信號監(jiān)測系統(tǒng)ZigBee節(jié)點的硬件結構圖

圖3為本發(fā)明基于ZigBee和Android的火災信號監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集傳輸端結構示意圖

圖4為本發(fā)明基于ZigBee和Android的火災信號監(jiān)測系統(tǒng)Android端結構示意圖

具體實施方案

為了加深對本發(fā)明的理解，下面將結合實施例對本發(fā)明作進一步詳述，該實施例僅用于解釋本發(fā)明，并不構成對本發(fā)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(jiān)測系統(tǒng)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(chǎn)生時產(chǎn)生的物質及其它環(huán)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?；馂奶綔y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(shù)的火災監(jiān)控系統(tǒng)中也都是選擇ZigBee來傳輸數(shù)據(jù)。本發(fā)明前端采集方面是利用ZigBee與多傳感器網(wǎng)絡來對多節(jié)點的物理信息數(shù)據(jù)進行采集。

然后，一方面，將無線傳感器網(wǎng)絡傳輸來的數(shù)據(jù)與服務器進行通信并把數(shù)據(jù)存到數(shù)據(jù)庫中，利用C/S模型與手機客戶端通過HTTP協(xié)議進行通信，將傳感器平臺采集的數(shù)據(jù)實時的顯示在客戶端，另一方面，利用網(wǎng)絡攝像機把火災發(fā)生地點的實時情況記錄下來，Android平臺設備通過HTTP網(wǎng)絡協(xié)議與遠程網(wǎng)絡攝像機建立網(wǎng)絡連接，通過RTP實時傳輸協(xié)議接收到網(wǎng)絡攝像機壓縮好的視頻圖像數(shù)據(jù)進行解析播放。另外，Android平臺設備通過HTTP網(wǎng)絡協(xié)議向監(jiān)控端網(wǎng)絡攝像機解碼器發(fā)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(xiàn)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(xiàn)火災信息監(jiān)測的功能，對于情況異常的區(qū)域能夠做出快速的反應，從而可以降低火災的發(fā)生。

如圖2所示，基于ZigBee和Android的火災信號監(jiān)測系統(tǒng)ZigBee節(jié)點的硬件結構圖，傳感器節(jié)點是構成整個ZigBee網(wǎng)絡的基礎單元，按照相應的設計需求本設計將傳感器節(jié)點劃分為四個部分：分別是負責感應環(huán)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(shù)據(jù)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(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)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(jié)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(huán)境信息，這些數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)存到數(shù)據(jù)庫中，同時把數(shù)據(jù)利用C/S通信機制模型和HTTP協(xié)議將數(shù)據(jù)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(wǎng)絡攝像機，我們通過HTTP網(wǎng)絡協(xié)議與遠程網(wǎng)絡攝像機建立網(wǎng)絡連接，通過RTP實時傳輸協(xié)議接收到的視頻圖像數(shù)據(jù)進行解析播放。最后，對視頻信息的角度進行控制，利用網(wǎng)絡攝像機提供了基于HTTP協(xié)議的API接口，可以通過Java語言寫入接口程序對網(wǎng)絡攝像機進行多種控制應用，我們通過發(fā)送控制命令實現(xiàn)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(jiān)測系統(tǒng)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(xiàn)密碼保護功能，保護被監(jiān)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(jié)點環(huán)境信息獲取，視頻數(shù)據(jù)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(jiān)測系統(tǒng)及其方法的使用步驟如下：

a).ZigBee傳感器網(wǎng)絡布置位置，采集節(jié)點，路由器節(jié)點以及協(xié)調器節(jié)點上電，與PC機的串口相連，進行通信；同時把Vstarcam網(wǎng)絡攝像機安裝好，上電，連上網(wǎng)線，進行監(jiān)控。

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

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(jīng)過系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫校對信息后顯示相應的界面，并根據(jù)自己的權限對基于ZigBee和Android的火災信號監(jiān)測系統(tǒng)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(jié)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(huán)境信息，多個采集節(jié)點的ZigBee利用Zstack2007協(xié)議將信息無線通信傳輸給ZigBee協(xié)調器節(jié)點用來匯總數(shù)據(jù)，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(xiàn)的中間件模塊，將ZigBee通過串口傳過來的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)實時傳輸?shù)搅朔掌?，存儲到服務器內的MySql數(shù)據(jù)庫，并且與數(shù)據(jù)庫中的報警閾值進行比較，如果超過閾值，就會觸發(fā)報警短信，給指定的手機號發(fā)信息；

進一步的進程是：數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅耸謾CAPP端，在登錄之后，可以實時的畫出數(shù)據(jù)的波動圖，并且可以通過用戶操作，查看攝像機監(jiān)控的圖像信息，做到火災信息及早的發(fā)現(xiàn)。

本發(fā)明基于和的博物館文物監(jiān)護系統(tǒng),由于ZigBee技術具有低速率、低功耗、低成本等優(yōu)點,降低了硬件成本,提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性；并且,Android終端設備資源豐富,監(jiān)控子系統(tǒng)系統(tǒng)操作便利,提高了用戶體驗。本發(fā)明的系統(tǒng)組網(wǎng)簡單,維護方便,網(wǎng)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(wǎng)的地方都可以監(jiān)視房間內的信息，而且性能穩(wěn)定可靠，便于推廣使用，對于火災的發(fā)生做到防患于未然。