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物联网智能家居解决方案-基于ZigBee和WiFi相结合的楼宇监测系统解决方案
楼宇监测是楼宇智能化的重要组成部分,主要是针对楼宇出入口、内部过道以及一些重要场所进行监测,特别是在无人值守的情况下。能够自动监测人员进入楼宇和重要场所情况。在必要情况下,能够采集进入这些场所人员的图像、声音等信息,自动报警。楼宇监测系统要求无人值守、网络化、便于操作和管理、系统成本低廉、能够自动报警并且自动收集到相关的信息。现有的监测系统多数通过有线方式进行数据传输,成本普遍比较高,通常高达几万元甚至几十万元,且维护困难,扩展性差。
ZigBee技术()是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本、高容量的无线传感网络技术,主要适合于承载数据流量较小的业务。相对于现有的各种无线通信技术,ZigBee技术是最低功耗和成本的技术。而与ZigBee技术相反,WiFi(Wireless Fidelity,)是一种远距离、复杂度较高、高功耗、高数据速率(达54Mbps)、高成本的无线网络技术。目前在无线局域网中得到了较为广泛的应用,。
可见基于ZigBee技术的无线传感器网络具有可快速部署、隐蔽性强、成本低、无人值守等优点,十分适合于楼宇监测的应用。但是,由于Zig-Bee技术是一种低数据速率的无线传输技术,它一般传输的数据量较小,而在楼宇监测系统中,除了监测是否有人员进入楼宇和重要场所之外,还需要采集和传输数据量较大的图像、声音等信息。这对于ZigBee技术是个难点,很难完成,但是对于WiFi则易如反掌。因此,为了满足楼宇监测系统的具体需要,我们可以将ZigBee技术和WiFi技术相结合,构建一个技术ZigBee和WiFi相结合的楼宇监测系统。利用ZigBee技术组建无线传感器监测网络,监测和报警人员进入情况,传输小数据量的监测活动信息;利用WiFi技术组建无线监测局域网络,根据无线传感器监测网络监测的情况采集相关的图像或声音信息,传输大数据量的监测活动信息。
1 监测系统体系结构
根据上述对楼宇监测系统的要求以及ZigBee技术和WiFi技术的特点分析,提出了一种基于ZigBee技术和WiFi技术相结合的楼宇监测系统,其体系结构如图1所示。楼宇某层的网络布局如图2所示,其中O(0,0)表示坐标原点。
图1 楼宇监测体系结构
图2 楼宇某层网络布局图
本系统由4个部分组成:①基于ZigBee技术的无线传感器网络子系统;②基于WiFi技术的机器人子系统;③基于WiFi技术的摄像监视子系统;④监控中心子系统。
其中,基于ZigBee技术的无线传感器网络子系统由若干个红外传感检测器(IR)、音频传感检测器、汇集节点Mote和网关Tmote组成。IR被安装到楼宇进出口和重要场所,每临近的5个检测器汇集到一个汇集节点Mote。汇集节点采用由美国克尔斯博科技(CrossBow)公司开发和生产的无线传感设备Mote,该节点由处理器和RF芯片构成。
该子系统主要负责监视人员进入楼宇和重要场所的活动情况,当有人员进入IR的监测范围时,IR便将监测数据发送给与它相连接的Mote,然后通过网关Tmote上报给监控子系统。在监控子系统中可以将这些监测数据存入数据库,同时对一些重要场所设置告警规则,当规测满足时,触发告警。
图2楼宇某层网络布局图基于WiFi技术的机器人子系统由若干个机器人和无线网络接入节点(无线路由器)组成。该子系统主要负责对重要场所的侵入活动进行跟踪。当监控中心子系统触发告警后,通过WiFi通信技术给机器人发送命令,指挥机器人到指定的位置进行跟踪,采集相关的图像和音频信息,并将这些信息反馈到监控中心显示/播放和存档。(该机器人配备有超声波传感器3个、红外距离传感器7个、人体传感监测器2个、摄像头1个、音频播放器1个)。
无线网络接入节点采用D-Link公司生产的无线路由器。
基于WiFi技术的摄像监视子系统由若干个Web照相机和无线网络接入节点(无线路由器)组成。Web照相机被安装到楼宇进出口和重要场所,能够对监视范围内的活动情况进行拍照,并将照片通过无线网络接入节点发送到监控中心进行显示和存档。本系统中的Web照相机采用D-Link公司生产的DCS-G900照相机。
监控中心子系统由服务器、PC、笔记本电脑等组成。该子系统主要负责对整个监测系统进行调度、控制、数据处理和存储。监控中心子系统中的设备可以通过有线,也可以通过WiFi无线接入网络。
2 关键技术
基于ZigBee和WiFi相结合的楼宇监测系统中涉及到的关键技术主要有传感数据的采集、传感器