基于ZigBee技術的紅外人體探測系統測試

摘要：為減少城市戰傷亡率，提出了一種基于ZigBee和藍牙技術的紅外人體探測系統方案。以星型網絡為原型，對系統的探測距離及靈敏度、抗干擾能力、節點功耗、穿透能力進行了測試，做出了定量分析，提出了增大發射功率、使用穩定鋰電池、縮小探測距離及角度、部署在關鍵點、增加關鍵點路由等改進方法，從而提高系統實戰穩定性。測試表明，ZigBee紅外人體探測系統功耗低、抗干擾、組網速度快、穿透能力強。半徑為6 m，圓心角為80°的扇形是其理想的探測區域。
關鍵詞：ZigBee；人體探測；協調器；城市戰；測試

隨著全球范圍內的恐怖襲擊、局部戰爭不斷升級，城市已成為21世紀的主戰場。運用無線傳感器網絡技術能有效地提高城市戰中精確打擊、重點防御能力，ZigBee作為現存的最適合于搭建無線傳感器網絡的新興技術，已經受到國內外普遍關注，探索其城市戰應用對提高我軍戰技水平跨躍式發展具有重大的現實意義。筆者以紅外人體探測這一典型應用為突破口，對基于ZigBee技術的紅外人體探系統進行了測試，為實戰應用提供了參考。

1 原型系統
由于應用背景為戰場人體探測，設定ZigBee終端節點之間不通信，只與路由節點或協調器節點進行數據傳輸。鑒于星型網的簡單結構，首先從星型網入手，實現一個小型ZigBee星型網的組網。原型系統使用成都無線龍公司生產的ZigBee網絡開發平臺和深圳商斯達公司生產的SS-101紅外人體探測模塊。3個ZigBee終端節點與紅外探測模塊相連，協調器節點與藍牙串口通信模塊相連，上位機上運行監視界面。各節點及模塊使用電池或外接電源供電，系統加電后協調器自動建立網絡，終端節點加入后系統進入休眠狀態，當有人靠近某一終端節點時，紅外人體探測模塊輸出電平信號喚醒終端節點，將報警信號傳送到協調器，協調器通過藍牙串口模塊與上位機串口連接并發送報警數據至上位機。實物連接示意圖如圖1所示。

2 穩定性測試及改進
2．1 測試說明
在系統測試過程中，盡可能全面地營造出城市戰中可能出現的探測場景和無線信號干擾源，采取實際測試與定量分析相結合的方法，提出了改進系統穩定性的方法。但在普通室外環境下，電磁干擾強度不夠，實戰復雜電磁環境不易構建，加之建筑物的反射不易控制、人為測量誤差等因素，導致測試結果可能有一定的偏差。
2．2 通信距離測試
2．2．1 測試過程
考慮到城市戰應用環境，將測試地點選在室外樓房之間，使用外接電源和堿性電池兩種方式為終端節點和協調器節點供電，以實現節點不同的發射、接收功率。協調器加電后完成初始化并自動建立網絡，終端節點加電后自動搜索網絡，成功加入后終端節點上的LED每秒閃爍一次，在無法搜尋到網絡或發現網絡鏈路丟失后該LED保持常亮，同時繼續搜尋網絡。在不同的距離上每組測試做10次，測試統計結果如表1所示。

通過實際測試發現，在室外環境下如果Zigaee節點均使用電池供電，節點間通信實際距離可以超過30 m，甚至在45 m之外的地方也能保持良好的通信狀態，但偶爾會有中斷現象。如果加大收發功率，用外接電源來維持模塊的供電，則可以實現60m的通訊距離。