楊朋偉（武警工程大學(xué)　裝備工程學(xué)院,西安　710086）

一種低功耗執(zhí)勤監(jiān)控方法

楊朋偉
（武警工程大學(xué)裝備工程學(xué)院,西安710086）

摘要：針對執(zhí)勤設(shè)備不能得到及時(shí)維修的問題，文章提出了基于Zigbee的低功耗執(zhí)勤監(jiān)控系統(tǒng)，并進(jìn)行了設(shè)計(jì)優(yōu)化。通過傳感器模塊采集目標(biāo)數(shù)據(jù)，分析判斷是否有目標(biāo)事件的發(fā)生，然后利用數(shù)據(jù)傳輸模塊以路由方式將判斷結(jié)果進(jìn)行上傳。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)詳細(xì)、系統(tǒng)功能完善，系統(tǒng)實(shí)用性和可行性充分，性能良好，為武警執(zhí)勤提供了可靠的技術(shù)保障。

關(guān)鍵詞：低功耗；數(shù)據(jù)傳輸；武警執(zhí)勤監(jiān)控系統(tǒng)

1　前言

現(xiàn)有的執(zhí)勤方法存在一定的問題，嚴(yán)重制約了執(zhí)勤能力建設(shè)的發(fā)展，這些問題主要表現(xiàn)在：（1）現(xiàn)有執(zhí)勤設(shè)施不能保證全時(shí)、全部監(jiān)控（2）現(xiàn)有執(zhí)勤設(shè)施功耗太大，造成不必要的資源浪費(fèi)，如探照燈、視頻拍攝、圖像傳輸、電網(wǎng)、紅外對射等都耗費(fèi)大量的資源與能量。針對執(zhí)勤監(jiān)控管理存在的問題，文章提出了一種基于Zigbee的執(zhí)勤監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法[1]。

2　執(zhí)勤監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1總體設(shè)計(jì)

執(zhí)勤監(jiān)控系統(tǒng)由傳感器模塊、路由模塊、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器模塊及監(jiān)控中心構(gòu)成。通過傳感器模塊對數(shù)據(jù)信息和圖像信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，然后通過處理器對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析[2]、判斷得出定性的結(jié)果，接著將數(shù)據(jù)結(jié)果傳輸給路由模塊，路由模塊實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)后，再將數(shù)據(jù)結(jié)果傳輸給網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器模塊，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行總結(jié)，通過串口將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心進(jìn)行處理、顯示與報(bào)警。

2.2系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)模塊按功能劃分為無線傳感器模塊、路由模塊及網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器模塊。其中傳感器模塊包括電源模塊、CC2431無線通信模塊。路由模塊包括電源模塊、CC2431無線通信模塊。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器模塊包括電源模塊、CC2431無線通信模塊。

（1）CC2431無線通信模塊設(shè)計(jì)。無線通信模塊由CC2431芯片及其外圍電路組成，CC2431芯片將8051內(nèi)核與無線收發(fā)模塊集成到一個(gè)芯片中，可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理與無線射頻傳輸?shù)墓δ堋Ｔ韴D主要包括接口電路、3.3V和1.8V電源濾波電路、芯片晶振電路、巴倫電路及復(fù)位電路5部分。

（2）電源模塊設(shè)計(jì)。由于CC2431無線通信模塊采用3.3V供電。因此電源模塊采用降壓芯片將5V的電壓轉(zhuǎn)換為3.3V的電壓，以供系統(tǒng)使用，其中可以采用直流的5V電壓作為電壓輸入，也可以采用5V電池作為電壓輸入。

2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

（1）數(shù)據(jù)接收端程序設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)接收端由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器模塊構(gòu)成，主要完成數(shù)據(jù)的接收、采集指令的發(fā)送及與PC的串口通信，它負(fù)責(zé)根據(jù)Zigbee協(xié)議創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)。它首先進(jìn)行信道掃描，采用一個(gè)沒有使用的空閑信道，同時(shí)規(guī)定網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋮?shù)，如最大的兒子數(shù)、最大層數(shù)、路由算法、路由表生存期等。

（2）終端節(jié)點(diǎn)程序設(shè)計(jì)。終端節(jié)點(diǎn)包括路由模塊與傳感器模塊，主要完成發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、加入網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)采集和發(fā)送及接收控制命令等功能，網(wǎng)絡(luò)建立以后，終端節(jié)點(diǎn)就可以加入網(wǎng)絡(luò)了。

3　執(zhí)勤監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)及關(guān)鍵技術(shù)

3.1系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

將傳感器模塊布置在各監(jiān)控點(diǎn)及監(jiān)控區(qū)域，將路由模塊布置在傳感器模塊之間，在監(jiān)控中心部署網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器模塊，最終形成Zigbee網(wǎng)絡(luò)。為了保證執(zhí)勤過程中值勤人員、值勤設(shè)備及執(zhí)勤事件出現(xiàn)問題時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)及處理，系統(tǒng)通過傳感器模塊不間斷的檢測值勤人員是否正常值勤、值勤設(shè)備是否正常工作及執(zhí)勤事件是否發(fā)生等，如果采集到異常數(shù)據(jù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)路由路徑，傳感器模塊將根據(jù)路由路徑經(jīng)路由節(jié)點(diǎn)將異常數(shù)據(jù)送到網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，由網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器對各傳感器數(shù)據(jù)通過串口進(jìn)行上傳到監(jiān)控中心，監(jiān)控中心根據(jù)各傳感器數(shù)據(jù)信息進(jìn)行匯總計(jì)算，最終得出判斷結(jié)果，并發(fā)出報(bào)警信號。

3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

執(zhí)勤監(jiān)控系統(tǒng)通過全部監(jiān)控?zé)o死角、全時(shí)監(jiān)控?zé)o間隔以及逐級報(bào)警等特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)執(zhí)勤工作的順利進(jìn)行。（1）全部監(jiān)控?zé)o死角，全時(shí)監(jiān)控?zé)o間隔。首先，執(zhí)勤因素包括值勤人員、值勤設(shè)備及執(zhí)勤事件，當(dāng)所有值勤因素正常，系統(tǒng)通過監(jiān)控所有執(zhí)勤點(diǎn)、目標(biāo)區(qū)域、值勤人員及值勤設(shè)備，保證出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時(shí)，系統(tǒng)能穩(wěn)定工作，正常報(bào)警，這樣就保證了對所有執(zhí)勤因素的控制，這就是全部監(jiān)控的設(shè)計(jì)思想。其次，所有設(shè)備根據(jù)采樣頻率及系統(tǒng)要求的時(shí)間間隔工作，相對于值勤人員對目標(biāo)事件進(jìn)行分析判斷有一定時(shí)間間隔來說，設(shè)備會(huì)一直不間斷的工作，這是全時(shí)監(jiān)控?zé)o間隔的第一層意義。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障需要維修時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的變化自動(dòng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳輸路徑，系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行，這就是全時(shí)監(jiān)控的設(shè)計(jì)思想；（2）逐級報(bào)警設(shè)計(jì)。為了實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)事件及設(shè)備安全的及時(shí)正確監(jiān)控。可以進(jìn)行逐級報(bào)警設(shè)計(jì)。思想如下：目標(biāo)區(qū)域執(zhí)勤事件、設(shè)備及人員如果出現(xiàn)異常，通過設(shè)備檢測，如果目標(biāo)單位沒有處理或處理失敗則報(bào)告其上級單位。如果上級單位沒有處理或處理失敗則報(bào)告上級單位的上級單位，以此類推，最終實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)事件及設(shè)備安全的層級監(jiān)督。

4　系統(tǒng)低功耗設(shè)計(jì)

首先，系統(tǒng)只傳輸數(shù)據(jù)結(jié)果及定性的分析及判斷，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)低功耗設(shè)計(jì)的目的[3]。另外，采用傳感器模塊休眠技術(shù)，令節(jié)點(diǎn)向其父節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)采集結(jié)果成功后進(jìn)入休眠，休眠計(jì)時(shí)時(shí)間到，節(jié)點(diǎn)開始下一輪的數(shù)據(jù)采集及發(fā)送過程。

5　實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

對系統(tǒng)分別進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)測試和系統(tǒng)低功耗測試。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)測試結(jié)果表明：在系統(tǒng)工作狀態(tài)和休眠狀態(tài)下，協(xié)調(diào)器模塊和終端節(jié)點(diǎn)模塊的功耗：協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)工作電流23-27mA，終端節(jié)點(diǎn)工作電流23-25mA。Zigbee傳感器監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)距離低于50米時(shí)，能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確傳輸采集數(shù)據(jù)及分析結(jié)果，能準(zhǔn)確完成對目標(biāo)、值勤人員及設(shè)備的監(jiān)控。從系統(tǒng)的功耗測試可以看出，執(zhí)勤監(jiān)控系統(tǒng)能滿足低功耗的設(shè)計(jì)要求。

6　結(jié)論

通過低功耗執(zhí)勤監(jiān)控系統(tǒng)切實(shí)解決值勤時(shí)存在的監(jiān)控死角及時(shí)間死角、設(shè)備故障時(shí)系統(tǒng)不能有效運(yùn)行的問題，從而減輕值勤人員的工作量，減少事故發(fā)生的概率。系統(tǒng)通過對人、設(shè)備、監(jiān)控目標(biāo)的層層控制、全面監(jiān)控，將值勤人員從執(zhí)勤任務(wù)中解放出來，從而全身心致力于處置突發(fā)事件、作戰(zhàn)戰(zhàn)術(shù)及其他任務(wù)的訓(xùn)練，從而切實(shí)提高執(zhí)勤分隊(duì)的戰(zhàn)斗能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]KatayounSohrabi，JayGao，VishalAi lawadhi，Gregory J.Pottie.ProtocolsforSel f_OrganizationofaWirelessSensor Network[J].IEEEPersonalCommunicaitons，2000：16－27.

[2]顏振亞,鄭寶玉.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2005,25(15):20-23.

[3]劉敏飪，吳泳，伍衛(wèi)國.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究[J].微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2005,7(22):58-61.