基于ZigBee技術(shù)的紅外人體探測系統(tǒng)測試

最大探測角度測試結(jié)果如表4所示。
2．4．2 結(jié)果分析
將兩組測試數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，生成探測靈敏度曲線如圖4所示。由此可以看出，紅外人體探測模塊對快速移動的人體感應(yīng)靈敏更高。6 m之內(nèi)是其理想的探測距離，80°圓錐角內(nèi)是其最佳探測范圍。

2．4．3 改進(jìn)方法
在實戰(zhàn)應(yīng)用中，為有效提高人體探測靈敏度，在硬件方面可安裝頻率倍增系數(shù)更高的菲涅耳透鏡，優(yōu)化內(nèi)部信號放大電路。另外探測模塊還可能會因為某些意外的情況或受環(huán)境因素的影響而觸發(fā)，從而發(fā)生誤報警。為此，應(yīng)采用多個探測元、多技術(shù)復(fù)合探測以及智能化的數(shù)據(jù)分析等方法，提高探測器的性能和功能，降低誤漏報警。實戰(zhàn)部署時，以普通樓房平均層高3 m計算，應(yīng)裝在門窗入口正前方1 m的天花板上，樓梯拐角的正上方，以保證人體在必經(jīng)通路上有效觸發(fā)紅外信號。
2．5 工作時間測試
2．5．1 測試過程
在城市戰(zhàn)應(yīng)用中，由于工作的協(xié)調(diào)器節(jié)點只有一個，考慮到其數(shù)據(jù)收發(fā)量大，可事先為其配備高容量電池，甚至配有備用電源，因此ZigBee網(wǎng)絡(luò)生存時間主要由終端節(jié)點確定。在室內(nèi)環(huán)境下，使用兩節(jié)普通7號堿性電池為終端節(jié)點供電，休眠狀態(tài)以無法喚醒為判斷依據(jù)，工作狀態(tài)以協(xié)調(diào)器接收不到信號為判斷依據(jù)。經(jīng)測試，終端節(jié)點在純休眠狀態(tài)耗電量極小，休眠6個月后仍可正常喚醒；在定時5 s間隔休眠狀態(tài)下，可持續(xù)工作35天以上；在信號持續(xù)發(fā)送狀態(tài)下，可持續(xù)工作10天以上。
2．5．2 結(jié)果分析
因紅外傳感器工作狀態(tài)下，最大功耗小于0．000 05 W，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于ZigBee終端節(jié)點模塊功耗，可忽略。設(shè)電池容量為Qb節(jié)點工作電流為Iw，每次節(jié)點工作時長為tw，節(jié)點休眠時電流為Is，每次休眠時長為ts。則，預(yù)測最大工作天數(shù)Td為：

將從CC2430數(shù)據(jù)手冊和實際測量得到的電壓、電流數(shù)據(jù)代入公式整理得：

根據(jù)式(5)，如使用容量為1 000 mAh電池供電，電壓3V，休眠時長為5 s，計算最長工作天數(shù)為55．41天。比測試結(jié)果長20天左右。分析原因，主要是因普通堿性電池電脈沖放電反應(yīng)較快，電壓線性下降，外圍電路存在電量損耗等原因造成。
2．5．3 改進(jìn)方法
從式(4)可以看出電池容量Qb，節(jié)點工作電流Iw，每次節(jié)點工作時長tw，節(jié)點休眠時電流Is，每次休眠時長ts均可決定工作天數(shù)的長短。因此，城市戰(zhàn)應(yīng)用中延長終端節(jié)點壽命的方法主要有：使用大容量電池(最好是電壓穩(wěn)定性高的鋰電池)、增加休眠時長、減少電流消耗，減小工作時間。另外還可考慮對終端節(jié)點進(jìn)行加固，避免直接暴露在惡劣環(huán)境中，減少自然因素造成的電量損耗。在其他條件基木確定的情況下，最便捷的方式就是增加休眠間隔時間。
2．6 信號穿透測試
由于探測系統(tǒng)主要在城市建筑物使用，信號穿透只考慮建主要結(jié)構(gòu)的影響。經(jīng)測試在電池供電狀態(tài)下，ZigBee信號可以分別穿透1堵鋼筋混凝土墻、2堵磚墻、2扇5 cm厚的實木門、3層中空玻璃、2 cm厚的鋼板。從理論上分析波長越短穿透力越強(qiáng)，雖然2．4GHz微波信號穿透力很強(qiáng)，但易受發(fā)射功率和傳輸介質(zhì)吸收的影響。數(shù)據(jù)表明ZigBee信號衰減率與傳輸介質(zhì)的密度基本成正比，在空氣中衰減率最低。因此實際應(yīng)用中可在建筑物門窗入口、通道拐角處設(shè)置路由節(jié)點，盡可能地減少信號穿透墻體、門窗的概率。

3 結(jié)束語
測試表明基于ZigBee技術(shù)的紅外人體探測系統(tǒng)穩(wěn)定性高，探測距離和角度適中，ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)具有低功耗、抗干擾、易部署等特點，節(jié)點組網(wǎng)速度快、容錯能力強(qiáng)，特別適合城市戰(zhàn)中低速率、長時間、大范圍的無線監(jiān)控應(yīng)用。通過增大發(fā)射功率、使用穩(wěn)定鋰電池、縮小探測距離及角度、部署在關(guān)鍵點、增加關(guān)鍵點路由等改進(jìn)方法?？蛇M(jìn)一步提高系統(tǒng)實戰(zhàn)穩(wěn)定性。