基于Zigbee技术的热释电红外报警器设计

本设备选用的Zigbee芯片为德州仪器公司的CC2530。CC2530是一个真正的用于IEEE802．15．4、Zigbee和RF4CE应用的片上系统，它能够以非常低的总材料成本建立强大的网络节点；CC2530集成了业内领先的RF收发器、增强工业标准的8051 MCU，在系统可编程Flash存储器，8-KBRAM和许多其他强大功能。CC2530部分的电路图如图3所示，两个晶振32 MHz和32．768 kHZ，其中32．768 kHZ的晶振主要应用于睡眠定时器，在实际应用中如果不需要可以去掉以降低成本；RF端经过处理后接收发天线，天线可以是外置天线，也可以是PCB天线，本设备设计的是倒F形状的PCB天线，倒F天线具有结构简单、重量轻、可共形、制造成本低、辐射效率高、容易实现多频段工作等独特优点，非常适合应用到本设备中。

3 软件设计
CC2530片上系统结合德州仪器公司的Zigbee协议栈，可以提供强大和完整的Zigbee解决方案。本设备在软件上移植了德州仪器的zSTACK协议栈，该协议栈提供了一个名为操作系统抽象层OSAL的协议栈调度程序，OSAL提供任务调度、时间管理、原语通信等系统功能，基于OSAL可以方便完成各种软件任务。
设备的主要软件流程如图4所示，系统完成硬件等的各种初始化任务后，寻找Zigbee网络中的的协调器设备，将本节点的基本信息通知协调器，成功加入到该网络；系统处理完各个任务后，进入到低功耗休眠状态，以节省电量；当处理器接收到红外报警信号处理器发过来的中断信号时，结束休眠状态进入中断处理程序，处理程序将报警信息通过射频发送到网络中的协调器；系统处理完后再次进入到休眠状态。

低功耗设计为软件设计的重点和难点，在此重点介绍一下。zStakc提供了两种sleep模式，LITE和DEEP。当系统需要唤醒去执行一些周期性的事件时，使用LITE sleep；当系统没有被定制周期事件而是通过外部中断来唤醒设备，使用DEEP sleep。本设备的大部分时间都是处于DEEP sleep状态，这样才能降低功耗。实现低功耗的具体步骤为：在编译选项中添加POWER_SAVING，开启系统低功耗支持；在系统配置文件中关闭自动轮询消息功能，将DPOLLRATE、DQUEUED_POLL_RATE、DRESPONSE_POLL_RATE 3个参数设置为0，并将DRFD_RCVC_ALWAYS_ON参数设置为FALSE；关闭系统的按键轮询任务，确定系统没有周期性的激励事件。设置成功后，系统在没有唤醒事件是就会进入低功耗休眠状态。

4 设备应用
将本设备主要应用于智能家居系统中。本设备上电工作之前，应该确定Zigbee网络已经建立，设备上电后会自动加入该Zigbee网络，并向网络中的协调器发送自身的设备信息，协调器保存设备信息用于管理和控制设备；该报警设备可以覆盖周围角度120度、范围4～10 m的空间，当设备处于布防状态时，如果有人体进入布防空间报警器会产生报警信号，并上报；报警器设备采用两节5号干电池供电，设备在休眠状态的电流消耗仅为10μA，可以正常工作一年以上的时间。
本设备在实际时，要符合安装要求。一般应安装在离地面2 m左右的位置；设备应远离空调、射灯等空气温度变化敏感的地方；避免有大型遮挡物和正对窗口；避免阳光照射。符合安装条件的设备，可以达到最佳检测效果。

5 结论
本热释电红外防盗报警器基于Zigbee技术，在硬件上选用德州仪器的CC2530片上系统作为解决方案，在软件设计上移植了zSTACK协议栈，提供了完整的Zigbee网络服务。该报警器已经通过测试，实际应用中表明该报警器具有功耗低、灵敏度高、便于组网、稳定可靠等特点，达到了设计要求。