基于GSM和ZigBee的实验室安防系统的设计

摘要：文中介绍了一种基于GSM和ZigBee的实验室监控系统。该系统采用32位ARM单片机LPC2138作为控制器，通过各种传感器对实验室的环境参量进行采集，如有告警信息，通过ZigBee无线网络传送至监控中心，由值班人员处理，或者由GSM模块以短信息的形式通知实验室管理员前去处理，该系统能够实现对实验室安全的实时监控和无人值守。
关键词：GSM；ZigBee；实验室安防

0 引言
文中介绍了一种基于GSM和ZigBee无线网络技术的高校实验室安防系统。该系统通过各种传感器采集实验室的环境信息，并通过室内的LCD显示出来。如有危害实验室安全的告警信息，可通过ZigBee无线传感网络传送至监控中心，提示监控中心值班员处理或通过GSM通信模块以短消息的形式通知实验室管理员处理，实现对高校实验室安全的实时监控和管理，也可实现实验室监控的无人值守。

1 系统总体设计
系统由监控中心子系统和实验室子系统组成。系统总体结构如图1所示。

监控中心子系统中，主控制器LPC2138通过各种传感器采集实验室的环境信息和安全信息，然后将采集到的信息进行处理和识别，温度、湿度等环境信息和危害实验室安全的警情信息在LCD上显示出来，如有警情根据实际情况开启声光报警器，然后将警情信息通过ZigBee模块送往监控中心的同时存储备案。用户可以通过键盘和LCD查询实验室的当前状态、历史报警信息，也可进行实验室的布防和撤防设置。
监控中心子系统由ZigBee模块、键盘、LCD显示、GSM模块和声光报警电路组成。监控中心子系统可根据不同情况设为值班工作模式和无人值守工作模式两种工作模式，可以通过键盘电路和LCD选择设定。在值班工作模式下，ZigBee模块接收到来自实验室子系统发送来的警情信息后，启动声光报警电路提示值班员查询警情信息并前去处理和维护；而在无人值守工作模式下，ZigBee模块接收到来自实验室子系统发送来警情信息后，如在白天，系统通过GSM模块发送警情短消息给实验室管理员，通知其前去维护；如在晚上，系统则发送短消息给安保处夜间值班室，通知前去巡查。无论监控中心子系统工作在哪种工作模式下，接收到的警情信息会按照报警时间、实验室房间号和警情种类保存起来，以供日后查询，存储警情的存储器存满后，可以进行覆盖存储，也可以由值班人员通过键盘和LCD手动清空存储器。

2 系统硬件设计
2．1 实验室子系统硬件设计
实验室子系统采用菲利普公司的ARM微处理器LPC2138作为主控芯片。LPC2138微控制器是基于一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的16／32位ARM7TDMI-S CPU，多个串行接口，包括2个16C550工业标准UART、2个高速I2C总线(400 kbit／s)、SPI和具有缓冲作用和数据长度可变功能的SSP。多个32位定时器、2个10位8路的ADC、1个10位DAC、PWM通道、47个GPIO以及多达9个边沿或电平触发的外部中断使它们特别适用于控制系统。
环境信息和安全信息的采集主要通过各种传感器。其中，温度传感器和湿度传感器采用集成器件，直接读取相应数值即可。