基于CC2530的大學(xué)圖書館機(jī)電一體化監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

吳攀+曹珍貫

摘 要：針對大學(xué)圖書館安全和機(jī)電設(shè)備方面存在的不足，按現(xiàn)代大學(xué)圖書館設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，提出了采用Zigbee技術(shù)構(gòu)建大學(xué)圖書館機(jī)電一體化環(huán)境安全監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。新系統(tǒng)對學(xué)校檔案室的檔案資料和紙質(zhì)圖書室重要圖書的安全保存和延長壽命，對信息化設(shè)備的安全運(yùn)行及對提高學(xué)生查詢、閱讀效率等起到重要作用。

關(guān)鍵詞：大學(xué)圖書館 CC2530無線模塊 機(jī)電一體化 環(huán)境安全監(jiān)控

中圖分類號：TK229 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）11（a）-0017-02

針對大學(xué)圖書館安全和機(jī)電設(shè)備方面存在的不足，本文按大學(xué)圖書館設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，提出了基于Zigbee CC2530無線模塊的大學(xué)圖書館機(jī)電一體化安全、環(huán)境網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，該方案具有較高的安全性、可靠性。當(dāng)出現(xiàn)災(zāi)情時(shí)能夠做到第一時(shí)間報(bào)警，同時(shí)對檔案室資料和紙質(zhì)圖書室圖書的安全保存和延長壽命，對機(jī)房信息化設(shè)備的安全運(yùn)行及對提高學(xué)生的查詢、閱讀效率方面將會(huì)起到重要作用。

1 設(shè)計(jì)要求

圖書館和檔案室機(jī)電一體化的安全、環(huán)境網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，重點(diǎn)是在強(qiáng)化安全和安全管理的基礎(chǔ)上，盡量作到設(shè)備配置科學(xué)化、環(huán)境綠色友好人性化和技術(shù)水平現(xiàn)代化，同時(shí)系統(tǒng)應(yīng)具有實(shí)用、可靠和較高的性價(jià)比，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)配置機(jī)電和安全設(shè)備，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）檔案室的檔案資料和紙質(zhì)圖書室中的重要藏書，需要在科學(xué)合理的溫濕度環(huán)境下才能長期保存。常保持相對濕度50%～60%RH以及10℃～18℃的溫度環(huán)境可以防止資料蟲蛀、變質(zhì)，需配置空調(diào)機(jī)、除濕機(jī)、煙霧報(bào)警和漏水報(bào)警、短信電話報(bào)警，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能。

（2）機(jī)房是網(wǎng)絡(luò)信息化設(shè)備集中場所，需保持適當(dāng)?shù)臏囟?，可控制?2℃左右，需配置空調(diào)器、掉電報(bào)警、煙霧報(bào)警器和短信電話報(bào)警。

（3）閱覽室按人性化的設(shè)計(jì)要求，讀者需要有一個(gè)適宜的閱讀環(huán)境。即環(huán)保、綠色和無污染的環(huán)境，宜人的溫度和舒適無污染的環(huán)境，可以充分發(fā)揮閱讀者的智商和潛能，閱覽室除必要的綠色配置外，通常應(yīng)配置排氣扇、空調(diào)器、煙霧報(bào)警和短信電話報(bào)警等裝置。

2 硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為集散型無線網(wǎng)絡(luò)化結(jié)構(gòu)，包括上層監(jiān)控中心和下層結(jié)點(diǎn)監(jiān)控單元兩部分，采用Zigbee技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，克服了傳統(tǒng)的RS-485穿墻安裝布線的麻煩。選擇合適的Zigbee無線模塊，無需無線中繼器即可滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x要求，同時(shí)具有較高的數(shù)據(jù)傳送速度和數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

2.1 Zigbee無線模塊選擇

選擇北京泰格瑞德科技有限公司研發(fā)生產(chǎn)的Zigbee CC2530無線模塊作為上下位機(jī)的無線收發(fā)模塊，它可以直接與單片機(jī)或處理器相連，采用即插即用方式透明的實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的無線數(shù)據(jù)傳輸。工作在2.4GHz開放的無線工作頻段，傳輸距離可達(dá)1000m，能夠滿足系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送距離要求，同時(shí)具有永遠(yuǎn)在線，可靠性高，價(jià)格便宜，特別適用于布線或線路維護(hù)不便，需頻繁傳送大流量數(shù)據(jù)的場合應(yīng)用。

2.2 監(jiān)控中心組成

監(jiān)控中心主要有工控PC機(jī)、顯示器、打印機(jī)、CC2530無線模塊等，PC機(jī)通過RS232串口和CC2530無線模塊相連，還可以通過交換機(jī)和學(xué)校局域網(wǎng)相連，構(gòu)成多層網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)與各無線終端的數(shù)據(jù)交互，包括各無線終端的參數(shù)設(shè)定，實(shí)時(shí)檢測數(shù)據(jù)的上傳、處理、入庫與瀏覽，當(dāng)有報(bào)警信息產(chǎn)生時(shí)，及時(shí)通過電話與短信向責(zé)任人發(fā)出報(bào)警信息。監(jiān)控中心同時(shí)配備WEB服務(wù)器，構(gòu)建WEB遠(yuǎn)程訪問系統(tǒng)，使各項(xiàng)數(shù)據(jù)可以利用WEB瀏覽器進(jìn)行遠(yuǎn)程訪問。

2.3 下層節(jié)點(diǎn)監(jiān)控單元

下層節(jié)點(diǎn)監(jiān)控單元由以AT89C52單片機(jī)為核心的監(jiān)控模塊、CC2530無線模塊和I/O設(shè)備組成。節(jié)點(diǎn)監(jiān)控單元按輸入輸出設(shè)備配置不同分為：普通型和專用型兩種。其最大外圍配置有：MQ2煙霧傳感器、AM2301溫濕度傳感器、電源/漏水開關(guān)傳感器、空調(diào)器、風(fēng)扇、除濕器、EX-2語音撥號報(bào)警器和CC2530無線模塊。這些設(shè)備均和單片機(jī)的端口的一位I/O線相連接，除此還有LCD1602顯示器占用P0口和三位I/O線，用于實(shí)時(shí)顯示溫濕度值，CC2530無線模塊和單片機(jī)的串行口相聯(lián)。

3 軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件包括下層節(jié)點(diǎn)監(jiān)控單元軟件設(shè)計(jì)和上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)兩部分。

3.1 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議

為了保證數(shù)據(jù)通信的可靠性，PC機(jī)和下位機(jī)必須遵循相同的通信協(xié)議，才能保證數(shù)據(jù)可靠發(fā)送和接收，該系統(tǒng)采用異步幀格式：8位數(shù)據(jù)位、1位停止位、無奇偶校驗(yàn)，檢糾錯(cuò)采用校驗(yàn)和方式，波特率為9600bps。

3.2 下層節(jié)點(diǎn)監(jiān)控單元軟件設(shè)計(jì)

下層節(jié)點(diǎn)監(jiān)控單元軟件主要由主函數(shù)、溫濕度監(jiān)測函數(shù)、1062顯示溫濕度函數(shù)、專用配置程序函數(shù)、延遲2000ms函數(shù)、串行中斷函數(shù)和數(shù)據(jù)回送函數(shù)組成，各函數(shù)的功能如下。

主函數(shù)功能：定時(shí)調(diào)用溫濕度監(jiān)測函數(shù)、1062顯示是溫濕度函數(shù)和條件調(diào)用專用配置程序函數(shù)。

溫濕度監(jiān)測函數(shù)功能：按時(shí)序要求實(shí)時(shí)監(jiān)測溫濕度值，將實(shí)測值與設(shè)定值進(jìn)行比較，并控制空調(diào)與加濕器，使溫濕度保持在設(shè)定值的范圍之內(nèi)。

液晶顯示功能：利用1062顯示函數(shù)，實(shí)時(shí)顯示溫濕度值。

專用配置程序函數(shù)功能：按條件采集、處理數(shù)據(jù)和執(zhí)行專用型監(jiān)控模塊單元命令的相關(guān)程序。

串行中斷函數(shù)功能：運(yùn)行時(shí)串行口一直處在中斷接收狀態(tài)，接收上位機(jī)發(fā)送的命令數(shù)據(jù)，根據(jù)命令執(zhí)行相關(guān)的程序。

數(shù)據(jù)回送函數(shù)功能：按上位機(jī)發(fā)送的命令向上位機(jī)回送定長數(shù)據(jù)。

3.3 上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件

根據(jù)大學(xué)圖書館、檔案室設(shè)計(jì)規(guī)范，該系統(tǒng)應(yīng)具有：對安全環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)檢測、顯示功能；溫濕度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)保存與報(bào)表生成功能。數(shù)據(jù)除能夠在服務(wù)器端進(jìn)行瀏覽查詢外，還必須能在學(xué)校各個(gè)終端進(jìn)行瀏覽和查詢等功能。按以上要求系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)采用B/S架構(gòu)。

B/S構(gòu)架的Server端，軟件包括初始化程序、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收程序、數(shù)據(jù)處理程序及數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)維護(hù)、查詢、打印程序等。系統(tǒng)要求實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)能夠在學(xué)校局域網(wǎng)內(nèi)所有終端上隨時(shí)調(diào)閱，因此Web瀏覽器程序設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)中的又一重要的環(huán)節(jié)，整個(gè)Web程序的組成和Server端的程序基本一樣，只是沒有了上下位機(jī)的通信環(huán)節(jié)。因此Web瀏覽器程序主要由以下幾個(gè)部分構(gòu)成：用戶登陸及管理、實(shí)時(shí)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、歷史數(shù)據(jù)曲線、歷史數(shù)據(jù)刪除、參數(shù)設(shè)置等。

4 結(jié)語

本文根據(jù)現(xiàn)代化大學(xué)圖書館設(shè)計(jì)規(guī)范要求，對學(xué)校圖書館、檔案室原有的機(jī)電設(shè)備和安全設(shè)備進(jìn)行了梳理和整合，強(qiáng)化了安全設(shè)備配置和管理，并對多個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了綜合集成和優(yōu)化，采用Zigbee無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計(jì)的機(jī)電一體化環(huán)境、安全網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)。新系統(tǒng)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢和很強(qiáng)的實(shí)用性，擴(kuò)展便利。下層節(jié)點(diǎn)監(jiān)控單元既可以聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行也可以脫網(wǎng)運(yùn)行。下位節(jié)點(diǎn)模塊的單片機(jī)通過了Proteus仿真和和Kell的聯(lián)調(diào)以及上位機(jī)的監(jiān)控軟件調(diào)試，結(jié)果表明能夠滿足設(shè)計(jì)的所有功能，在學(xué)校圖書館、檔案館環(huán)境安全系統(tǒng)改造中具有廣泛的應(yīng)用前景。

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