基于GSM和ZigBee的實驗室安防系統(tǒng)的設計

摘要：文中介紹了一種基于GSM和ZigBee的實驗室監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用32位ARM單片機LPC2138作為控制器，通過各種傳感器對實驗室的環(huán)境參量進行采集，如有告警信息，通過ZigBee無線網絡傳送至監(jiān)控中心，由值班人員處理，或者由GSM模塊以短信息的形式通知實驗室管理員前去處理，該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對實驗室安全的實時監(jiān)控和無人值守。
關鍵詞：GSM；ZigBee；實驗室安防

0 引言
文中介紹了一種基于GSM和ZigBee無線網絡技術的高校實驗室安防系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過各種傳感器采集實驗室的環(huán)境信息，并通過室內的LCD顯示出來。如有危害實驗室安全的告警信息，可通過ZigBee無線傳感網絡傳送至監(jiān)控中心，提示監(jiān)控中心值班員處理或通過GSM通信模塊以短消息的形式通知實驗室管理員處理，實現(xiàn)對高校實驗室安全的實時監(jiān)控和管理，也可實現(xiàn)實驗室監(jiān)控的無人值守。

1 系統(tǒng)總體設計
系統(tǒng)由監(jiān)控中心子系統(tǒng)和實驗室子系統(tǒng)組成。系統(tǒng)總體結構如圖1所示。

監(jiān)控中心子系統(tǒng)中，主控制器LPC2138通過各種傳感器采集實驗室的環(huán)境信息和安全信息，然后將采集到的信息進行處理和識別，溫度、濕度等環(huán)境信息和危害實驗室安全的警情信息在LCD上顯示出來，如有警情根據(jù)實際情況開啟聲光報警器，然后將警情信息通過ZigBee模塊送往監(jiān)控中心的同時存儲備案。用戶可以通過鍵盤和LCD查詢實驗室的當前狀態(tài)、歷史報警信息，也可進行實驗室的布防和撤防設置。
監(jiān)控中心子系統(tǒng)由ZigBee模塊、鍵盤、LCD顯示、GSM模塊和聲光報警電路組成。監(jiān)控中心子系統(tǒng)可根據(jù)不同情況設為值班工作模式和無人值守工作模式兩種工作模式，可以通過鍵盤電路和LCD選擇設定。在值班工作模式下，ZigBee模塊接收到來自實驗室子系統(tǒng)發(fā)送來的警情信息后，啟動聲光報警電路提示值班員查詢警情信息并前去處理和維護；而在無人值守工作模式下，ZigBee模塊接收到來自實驗室子系統(tǒng)發(fā)送來警情信息后，如在白天，系統(tǒng)通過GSM模塊發(fā)送警情短消息給實驗室管理員，通知其前去維護；如在晚上，系統(tǒng)則發(fā)送短消息給安保處夜間值班室，通知前去巡查。無論監(jiān)控中心子系統(tǒng)工作在哪種工作模式下，接收到的警情信息會按照報警時間、實驗室房間號和警情種類保存起來，以供日后查詢，存儲警情的存儲器存滿后，可以進行覆蓋存儲，也可以由值班人員通過鍵盤和LCD手動清空存儲器。

2 系統(tǒng)硬件設計
2．1 實驗室子系統(tǒng)硬件設計
實驗室子系統(tǒng)采用菲利普公司的ARM微處理器LPC2138作為主控芯片。LPC2138微控制器是基于一個支持實時仿真和嵌入式跟蹤的16／32位ARM7TDMI-S CPU，多個串行接口，包括2個16C550工業(yè)標準UART、2個高速I2C總線(400 kbit／s)、SPI和具有緩沖作用和數(shù)據(jù)長度可變功能的SSP。多個32位定時器、2個10位8路的ADC、1個10位DAC、PWM通道、47個GPIO以及多達9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷使它們特別適用于控制系統(tǒng)。
環(huán)境信息和安全信息的采集主要通過各種傳感器。其中，溫度傳感器和濕度傳感器采用集成器件，直接讀取相應數(shù)值即可。