基于GSM和ZigBee的實驗室安防系統的設計

摘要：文中介紹了一種基于GSM和ZigBee的實驗室監控系統。該系統采用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境參量進行采集，如有告警信息，通過ZigBee無線網絡傳送至監控中心，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，該系統能夠實現對實驗室安全的實時監控和無人值守。
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。該系統通過各種傳感器采集實驗室的環境信息，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控中心，提示監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，實現對高校實驗室安全的實時監控和管理，也可實現實驗室監控的無人值守。

1 系統總體設計
系統由監控中心子系統和實驗室子系統組成。系統總體結構如圖1所示。

監控中心子系統中，主控制器LPC2138通過各種傳感器采集實驗室的環境信息和安全信息，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、歷史報警信息，也可進行實驗室的布防和撤防設置。
監控中心子系統由ZigBee模塊、鍵盤、LCD顯示、GSM模塊和聲光報警電路組成。監控中心子系統可根據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發送來的警情信息后，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發送來警情信息后，如在白天，系統通過GSM模塊發送警情短消息給實驗室管理員，通知其前去維護；如在晚上，系統則發送短消息給安保處夜間值班室，通知前去巡查。無論監控中心子系統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 系統硬件設計
2．1 實驗室子系統硬件設計
實驗室子系統采用菲利普公司的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工業標準UART、2個高速I2C總線(400 kbit／s)、SPI和具有緩沖作用和數據長度可變功能的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個邊沿或電平觸發的外部中斷使它們特別適用于控制系統。
環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，直接讀取相應數值即可。