基于Simplici Ti的无线火灾报警系统设计

摘  要： 现有火灾报警主要采用有线方式，耗费材料且难以实现互联报警。采用无线方式能够很好地解决互联报警、降低成本。利用MSP430F227和CC2500搭载Simplici Ti实现节点互联，数据中心节点连接至PC机，PC机实时监控节点信息，在火灾到来时能够及时准确实现本地报警和远程报警。火灾节点功耗低，休眠时只有不到1 μA电流。
关键词： Simplici Ti；MSP430；烟雾传感器；GPRS模块
   　城市高楼林立，安全事故频发，特别是火灾安全事故。准确而又及时地通知楼内人员撤离或者采取援助和自救成为当前主要的课题。目前使用的火灾报警主要是消防联控系统，大多与本楼的其他住户无关联，导致了本楼住户在火灾发生时得不到报警，不能及时逃离火灾现场。
　针对这一情况，本文设计了一款无线火灾报警系统，其节点能够分布多个地点，在火灾发生时能够及时通知本楼住户并拨打远程报警电话告知有火灾发生。
1 总体设计方案
　本系统主要由火灾烟雾探测节点、数据接入点、PC机监控、GSM模块、手机终端5个部分构成,其总体设计框图如图1所示。
   
   　烟雾探测节点采集烟雾和温度通过Simplici Ti网络传送到数据接入点，数据接入端对烟雾和温度判断是否有火灾需要报警，并将所有数据传送到PC机；PC机实时监控火灾节点的数据（烟雾、温度、电池电量）。当出现火灾险情时，PC机通过GSM模块发送火灾地点信息到手机报警终端，并拨打手机报警终端电话。
　Simplici Ti是TI公司针对简单小型RF网络的专有低功耗RE协议，其最大传输速率为250 kb/s，传输距离在空旷地带能达百米[1]。支持各种低功耗应用，如报警与安全、自动抄表、工业控制、家庭自动化以及有源RFID等。Simplici Ti可以满足本设计的要求。
　设计中采用16 bit微控制器MSP430F2274，电路采用电池供电，能满足低功耗的要求，并使用Simplici Ti网络协议。
　射频芯片采用TI的CC2500。CC2500是一种低成本的2.4 GHz收发器，满足低功耗无线应用的需求。电路设定为ISM(工业，科学和医学)和SRD(短距离设备)频率波段。CC2500为数据包处理、数据缓冲、突发数据传输、清晰信道评估、连接质量指示和电磁波激发提供广泛的硬件支持。CC2500的主要操作参数和64 bit传输/接收FIFO(先进先出堆栈)可通过SPI接口控制。
　烟雾传感器分为离子式和光电式。离子式使用寿命长，但是有辐射，成本高，且工作时需要对加热电阻加热，功耗大；光电式环保，成本低，工作时可用间歇式工作功耗相对较低，但使用寿命一般是10年左右。本设计采用了光电式烟雾传感器。
     本设计的远程报警采用GSM网络来实现，GSM模块采用SIMCOM公司的SIM300。SIM300主要为语音传输、短消息和数据业务提供无线接口。
2 系统硬件设计
　(1)微控制器电路
　节点的主控电路如图2所示。微控制器MSP430F2274采用内部DCO振荡器[2]。RXT0、TXD0作为串口通信，D1、D2为工作指示灯，S1用于按键，AD0、AD1用于光电式烟雾传感器的AD采集，SLEEP用于控制光电式烟雾传感器的间歇式工作，GD00、GDO2、P3.0_UCB0STE、P3.1_UBC0SIMO、P3.2_UBC0SIMI、P3.3_UCB0CLK用于连接控制CC2500。
   
   　(2)CC2500RF收发器电路
　CC2500 RF收发器的电路设计如图3所示，通过SPI兼容接口(SI、SO、SCLK and CSn)进行CC2500配置。SPI接口上的所有操作都以一个包含读写位，突发访问位和6 bit地址的头字节开始。在地址和数据传输期间，CSn引脚必须为低。如果在访问期间CSn变高，则访问被取消。当CSn变低，MCU必须等待直到SO脚变低后才能开始传输头字节。SO变低表明电压调制器已经稳定，晶体振荡器正在运行。除非芯片处在SLEEP或XOFF状态或者有SRES滤波命令，SO脚通常会在CSn脚变低后立即变低。此外，CC2500的配置也可通过SmartRF Studio软件进行配置。