基于ZigBee技术的带区域定位的小区汽车安防系统设计

　　引言　　

　　传统汽车安防系统以在汽车上安装呜叫报警器为主，但由于外界因素的干拢，报警器往往会产生误报而发出巨大噪声，给小区居民生活带来负面影响，并且报警距离有限，当车主不在小区内时，该报警方式就达不到预期的效果。近年来，随着通信技术的发展，GSM/GPRS等技术已经逐渐运用到汽车防盗系统中，通过发送短信的方式来达到报警的目的。但这种方式通常只是实现了汽车与车主之间的信息交互，并没有将报警信息传递给小区物业，因此在车主收到报警信息赶往停车现场的途中，很可能汽车已经失窃。为了更好地保护小区居民的财产安全，通过物业对小区汽车进行综合管理显得尤为重要。基于上述原因，设计实现了基于物联网的小区汽车安防系统。

　　1 系统组成及工作流程

　　1.1 系统各部分组成

　　本系统可分为ZigBee网络、网关及上位机三部分。系统结构如图1所示。



　　ZigBee网络由终端、路由器和协调器三部分组成，为了满足系统功能需求，分别定制了两种类型的终端和路由器。终端包括传感器节点(安装在汽车车门上，用来监控车门)和遥控节点(车主用于开启/关闭安防系统)。路由器包括路由节点(安装在小区内，用来路由信息)和锚节点(安装在停车场上方，用来路由信息和区域定位)。网关由协调器和串口通信软件组成。上位机包括Web服务和数据库服务。

　　1.2 系统工作流程

　　在该系统中，停车场管理员可以通过上位机实时监控小区内汽车的安防状态(在库、异常及离库)，并且可以查看汽车的区域定位信息(汽车所在车库及当前状态)和车主的个人信息(车主通过互联网录入)。车主则可以随时登录系统上位机，查看自己汽车的安防状态以及更改个人信息。下面分别就汽车入库、异常、离库三个过程作详细说明。

　　当ZigBee网络组建成功，车主在小区内停好车后，车主可以通过手中的遥控节点发送“开启命令”至汽车车门上的传感器节点。传感器节点收到“开启命令”后，会向父节点(锚节点)请求ParentID(用于区域定位，详见第4小节)，请求到ParentID后，传感器节点会打开其上的红外对射传感器，并分别向服务器和车主手中的遥控节点发送带有ParentID的“开启成功”信息。服务器收到信息后会将该汽车的状态改为“在库”，停车场管理员就可以通过上位机得知该汽车已经入库，车主收到成功信息后便知道汽车已经处于安防状态。

　　在安防状态下，若车门被异常打开，红外接收端将不能收到由红外发送端发送的38 kHz红外信号，此时传感器节点会自动向遥控节点和服务器发送报警信号。服务器收到报警信号后会将该汽车的状态改为“异常”，管理员通过上位机的监控界面查看到异常汽车信息(如车牌号等)和区域定位信息(如汽车所在车库的编号等)后会迅速通知小区保安赶往异常汽车现场，并严禁异常汽车出入小区。同时传感器节点收到报警信号后会驱动声光报警来提醒车主，车主知道自己的汽车存在异常后，便会及时查看自己的汽车状况。若异常汽车的车主不在小区内，管理员可以通过上位机中的车主信息通知车主或其家人，以便快速作出相应的处理。

　　若车主自己要开车，则可以通过遥控节点向车门上的传感器节点发送“关闭命令”，传感器节点收到命令后会关闭红外对射传感器，并向服务器和车主发送“关闭成功”信息，服务器收到信息后会将汽车的状态改为“离库”，车主收到信息后就可以打开车门将车开走。

　　2 系统硬件设计及功能

　　本系统的硬件设计主要包括遥控节点、传感器节点、锚节点、路由节点和协调器5部分。

　　遥控节点负责开启、关闭对应汽车上的安防系统，并接收、显示安防信息。硬件部分主要包括CC2530芯片、电源管理单元、天线、晶振、蜂鸣器、开关按键以及液晶等外围电路。其中，蜂鸣器用来报警，开关按键用来控制红外模块的开启和关闭，液晶用来显示安防信息。

　　传感器节点负责红外模块的开启、关闭以及对车门的监控。传感器节点硬件部分主要包括CC2530芯片、电源管理单元、天线、晶振、蜂鸣器以及红外对射模块等外围电路。其中，红外模块用来监控汽车车门，包括发送和接收两部分，分别安装在车门和门框上。发送端利用HEF 40106BT芯片组成的谐振电路在红外信号上加载了38 kHz的载波，如图2(a)所示;接收端与CC2530的P05口相连，如图2(b)所示，采用HS0038接收器接收红外调制信号，不但增强了模块的抗干扰能力，而且可以及时检测车门任何形式的异常开启情况。


　　
　　路由节点和锚节点主要负责信息的路由，锚节点是经过改进的路由节点，但路由节点和锚节点的硬件部分完全相同，都是由CC2530芯片、电源管理单元以及天线、晶振等电路组成。

　　协调器是ZigBee网络的汇聚节点，负责开启ZigBee网络，给新入网节点分配网络地址，汇聚和处理网络数据，与PC机进行串口通信等。硬件部分由CC2530芯片、电源管理单元、串口模块以及天线、晶振等电路组成，串口模块用来与PC机上的串口通信软件进行通信。

　　3 系统软件设计　　

　　本系统的软件设计主要包括遥控节点、传感器节点、网关、WEB服务器和数据库服务器等部分。

　　3.1 遥控节点

　　遥控节点的软件部分主要实现液晶的驱动和显示、按键的处理、LED的控制以及与传感器节点的通信。程序流程如图3所示。

　　3.2 传感器节点程序设计

　　传感器节点的软件部分主要实现红外模块的驱动和控制、报警电路的控制以及与遥控节点、父节点、协调器之间的通信。程序流程如图4所示。


　　3.3 网关程序设计

　　网关是连接ZigBee网络和Internet的桥梁，其软件部分包含协调器软件和串口通信软件两部分。