摘要：結合紅外防盜報警和ZigBee技術這兩大熱點課題，利用TI公司的單芯片CC2430和RE200B紅外傳感器，完成了基于ZigBee技術無線紅外防盜報警系統的硬件設計和軟件開發，解決了現有無線報警系統存在的誤報警，成本高等問題。經過對系統的硬件軟件電路調試，驗證了系統預期的功能。
關鍵詞：無線紅外防盜報警；ZigBee；CC2430；系統設計

目前報警系統的信號傳輸主要是有線和無線兩種。
有線方式具有通訊可靠、抗干擾能力強、器件成本低等優點，適用于新建且可以在墻壁內預留連接線的建筑物，但是其機動性差、不便適應用戶及產品的多變要求，對預留連接線的維護及更換難度高、費用大；無線方式可避免探頭與主機之間的連接線影響室內裝修，具有靈活、簡潔的優點，需求日益擴大，越來越得到用戶的認可，是發展趨勢，但是容易受到干擾，傳輸穩定性和抗干擾性存在不足，價格較高。
作為防盜報警的關鍵產品，被動紅外探測器的無線化也逐漸成為一種趨勢。但是由于以下兩方面的原因，紅外探測無線報警系統虛警率較高：1)紅外探測器性能參差不齊；2)報警信號的無線傳輸容易受到干擾，引起主機誤報警。
因此，低功耗、低成本、低速率的短距離無線通信新標準ZigBee來組建防盜報警網絡，不僅解決了傳統有線網絡系統布線難、成本高以及不易擴展等問題，而且ZigBee技術能基本解決現有無線報警系統存在的一些問題：
1)誤報警問題：調查表明，報警器誤報警率高是讓用戶放棄使用的最主要原因。現有的無線報警系統很容易受到來自供電網中和空中的高頻干擾信號。為了避免在2.4GHz公用頻段的干擾，ZigBee采用了直接序列擴頻技術保證信號傳輸；
2)使用成本問題：報警器長期使用的電費是個問題，為了達到在停電或竊賊作案前人為地斷電后報警器仍能起作用的目的，用戶還需要定期更換電池一類的后備電源，所以，在長期使用過程中，用戶就不得不考慮成本。ZigBee芯片是超低功耗的無線收發芯片，發射功率僅為1 mW，再加上芯片工作周期短，而且采用了休眠模式，所以收發信息功耗較低。

1 ZigBee技術
作為一種新興的無線網絡技術，ZigBee的基礎是IEEE無線個人區域網工作組的一項標準，被成為IEEE802．15．4技術標準。主要用于距離短、功耗低且傳輸速率不高的各種電子設備之間進行數據傳輸以及典型的有周期性數據、間歇性數據和低反應時間數據傳輸的應用。可工作在2．4 GHz(全球流行)、868MHz(歐洲流行)和915 MHz(美國流行)3個頻段上，分別具有最高250 kbit／s、20 kbids和40 kbit／s的傳輸速
率，它一般在10～75 m的范圍內進行傳輸，但是范圍也是可以擴展的。
在ZigBee網絡中，節點無須經過中央交換機節點便可以相互通信，并具備了自愈和自我組織功能。任意節點癱瘓或者被敵方俘獲，其他節點可以選擇其他路由。而新的節點經上電之后，就能收聽鄰近節點，只要滿足接入標準，就可以加入網絡。IEEE．802．15．4和ZigBee協議中定義了3種類型的拓撲結構：星型網絡、樹狀網絡和網狀網絡，如圖1所示。無論哪種拓撲結構，每個獨立的網絡均有一個唯一的標識符即網絡號(PAN標識符)。根據標識符，各個網絡設備之間就可以確定其從屬關系并進行通信。每個網絡中都有一個唯一的協調器，它相當于有線局域網中的服務器，具有對本網絡的管理功能，它負責發起和建立整個網絡，加入網絡的終端設備分布在PAN協調器的覆蓋范圍內，與PAN協調器進行直接通信。網絡中的全功能節點可以做路由器、協調器和終端，而簡化功能節點只能作終端設備。

ZigBee無線網絡的實現，是建立在ZigBee協議棧的基礎上的。ZigBee協議棧是建立在OSI(Open System Interconnect，開放系統互聯)基本參考模型的基礎上的，是OSI七層模型的精簡網絡模型。IEEE 802．15．4定義了最低兩層：物理層和MAC層，位于最低層，且與硬件相關；ZigBee聯盟在此基礎上定義了網絡層(NWK)和應用層(APL)，建立在PHY和MAC層之上，并且完全與硬件無關。分層的結構脈絡清晰、一目了然，給設計和調試帶來極大的方便。ZigBee標準使用IEEE802．15．4的物理層和MAC層協議作為ZigBee協議棧的一部分，并自己定義了網絡層、應用層和安全協議，因此任何ZigBee設備和IEEE標準都是兼容的。

2 系統的整體框架
筆者設計的無線紅外防盜報警系統網絡采用星型網絡拓撲結構，主要由服務器、路由器和若干個終端信息采集節點組成。

用戶端報警節點主要包括兩部分：探測器和報警主機，結構如圖2所示。每個監控區域都可進行移動人體的探測，報警主機可進行現場聲光報警。這樣一個星型網絡報警系統，可在一個ZigBee結點上集成紅外信息，形成一個無線紅外防盜報警系統。另外，本系統具有聯網能力，利用ZigBee路由設備可以無線連接到值班室的服務器上。
系統主要功能包括：
1)紅外探測器快速準確地檢測到異常狀態，經確認后無線發送給主機；
2)主機接收到信號后進行識別，現場立刻發出警報(聲光報警或其他方式)并在顯示屏上顯示報警防區和警情；
3)報警主機上的ZigBee無線模塊通過區域內布設的ZigBee路由設備將數據無線傳送到值班室的服務器，ZigBee路由設備就是網絡中具備路由功能的ZigBee協調設備；
4)值班人員可以通過監控軟件進行區域安全的監控，一旦報警，監控軟件上將顯示報警地點，及時處理突發事件。

3 系統硬件設計
在基于ZigBee的無線紅外防盜報警系統中，眾多傳感器節點是整個網絡的基礎。本節的主要內容是設計其中單個節點的硬件結構并畫出電路圖。
在硬件確定過程中，首先確定節點采集人體紅外線的熱釋電紅外傳感器型號，第2步確定用來完成系統的設計的支持ZigBee協議的芯片的具體型號，第3步查閱熱釋電紅外傳感器的資料和芯片的數據手冊，設計出原理圖，并畫出PCB(Printed cireuit board)圖。
CC2430是芯片巨人TI公司收購無線單片機公司CHIPCON后推出的全新概念新一代ZigBee無線單片機系列芯片。在CC2420的基礎上綁定了ZigBee協議棧，具有128 kB可編程閃存和8 kB的RAM和其他一些功能，在接收和發射模式下，電流損耗分別低于27 mA或25 mA。