《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種基于CTI和WSN技術(shù)的智能電話報警系統(tǒng)
2014年微型機與應(yīng)用第18期
施榮華1,鄭德沈1,李 尹1,郭 旭2,王國才1
1.中南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院,湖南 長沙 410083; 2.中南大學(xué) 軟件學(xué)院,湖南 長沙 410083
摘要: 針對我國煤礦井下有線網(wǎng)絡(luò)布局?jǐn)U展性差、覆蓋范圍不全以及對環(huán)境參數(shù)實時監(jiān)測能力不夠?qū)е骂A(yù)警時效性差等問題,提出了一種基于CTI技術(shù)和ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能電話報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)CTI集團電話的電話錄音、智能調(diào)度及交互式會議等基本功能,還可利用無線傳感器節(jié)點監(jiān)測煤礦內(nèi)瓦斯、一氧化碳濃度和環(huán)境溫度等數(shù)據(jù),并在相關(guān)參數(shù)超標(biāo)時利用該系統(tǒng)自動撥打報警電話并播放預(yù)先錄制的報警語音。通過系統(tǒng)的模擬運行可實現(xiàn)預(yù)先設(shè)計的相關(guān)功能,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,具有良好的應(yīng)用前景。
Abstract:
Key words :

  摘  要: 針對我國煤礦井下有線網(wǎng)絡(luò)布局?jǐn)U展性差、覆蓋范圍不全以及對環(huán)境參數(shù)實時監(jiān)測能力不夠?qū)е骂A(yù)警時效性差等問題,提出了一種基于CTI技術(shù)和ZigBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的智能電話報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)CTI集團電話的電話錄音、智能調(diào)度及交互式會議等基本功能,還可利用無線傳感器節(jié)點監(jiān)測煤礦內(nèi)瓦斯、一氧化碳濃度和環(huán)境溫度等數(shù)據(jù),并在相關(guān)參數(shù)超標(biāo)時利用該系統(tǒng)自動撥打報警電話并播放預(yù)先錄制的報警語音。通過系統(tǒng)的模擬運行可實現(xiàn)預(yù)先設(shè)計的相關(guān)功能,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,具有良好的應(yīng)用前景。

  關(guān)鍵詞: CTI;集團電話;ZigBee;無線傳感器網(wǎng)絡(luò);智能報警

0 引言

  CTI[1-3]技術(shù)被廣泛應(yīng)用在煤礦、電力、鐵路等多個部門,具有良好的應(yīng)用前景。我國煤礦事故主要是由瓦斯及一氧化碳濃度超標(biāo)引發(fā)的[4]。我國煤礦大多采用有線網(wǎng)絡(luò)布局,有線網(wǎng)絡(luò)具有靈活性差、監(jiān)測范圍不全等不足。在報警方面,大多采用擴音喇叭播放報警提示音或短信貓發(fā)送預(yù)警信息的方法,存在弊端。因此本文將CTI技術(shù)、ZigBee[5-6]技術(shù)、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)進行融合,設(shè)計了一套可自動報警的集團電話系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能實現(xiàn)煤礦生產(chǎn)需要的錄音、調(diào)度、電話會議等功能,還可在無線傳感器網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測到相關(guān)數(shù)據(jù)超標(biāo)時自動撥打報警電話,不僅方便用戶的使用,而且極大地提高了預(yù)警能力。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

  本系統(tǒng)集成了CTI、ZigBee、傳感器網(wǎng)絡(luò)[7]和串口通信[8]等技術(shù),整體架構(gòu)分底層、操作系統(tǒng)及傳輸層、應(yīng)用層三層,如圖1所示。

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2 系統(tǒng)設(shè)計

  2.1 集團電話設(shè)計

  集團電話接入技術(shù)一般使用交換機或者語音卡兩種方案[9-11],本文選用杭州三匯SHT-8B/PCI語音卡方案。

  2.2 煤礦監(jiān)測設(shè)計

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  本文利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)以及無線傳感器節(jié)點的方案解決問題。整體煤礦監(jiān)測布局如圖2所示。整體布局分為地面部分以及煤礦井下部分,地面部分搭建了整個電話系統(tǒng)的硬件及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),煤礦井下則為ZigBee傳感器節(jié)點的布局情況。

  2.3 傳感器節(jié)點設(shè)計

  傳感器節(jié)點一般由處理器、無線傳輸、傳感器和電源模塊4部分組成[12],如圖3所示。

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  利用Cortex-M0處理器芯片、CC2530無線收發(fā)芯片以及瓦斯、一氧化碳濃度、溫度3種傳感器探頭組成傳感器節(jié)點。

  2.4 自動報警功能設(shè)計

  利用集團電話、ZigBee網(wǎng)絡(luò)及傳感器節(jié)點實現(xiàn)煤礦參數(shù)在線實時監(jiān)測并在相關(guān)參數(shù)超標(biāo)時自動報警。煤礦報警流程圖如圖4所示。

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  系統(tǒng)將采集到的數(shù)據(jù)進行處理、分析。當(dāng)數(shù)據(jù)超過報警門限值時,系統(tǒng)會自動撥打預(yù)先設(shè)定好的號碼,播放預(yù)先錄制的告警語音,提示相關(guān)工作人員第一時間對險情進行處理。

  本文將傳送的數(shù)據(jù)封裝成數(shù)據(jù)幀,具體數(shù)據(jù)信息如下:

  傳感器節(jié)點ID 瓦斯?jié)舛?一氧化碳濃度 溫度 … N路數(shù)據(jù) CRC-16校驗

 ?。?)幀頭部分:數(shù)據(jù)幀中定義一個唯一的傳感器節(jié)點ID,用以標(biāo)識傳感器節(jié)點本身。

 ?。?)數(shù)據(jù)部分:主要為瓦斯、一氧化碳濃度/溫度,后面為預(yù)留數(shù)據(jù),方便擴充。

 ?。?)幀尾:幀尾用來進行差錯控制,差錯控制手段主要采用CRC-16校驗。

3 部署與試驗

  在實驗室搭建了平臺,利用溫度、濕度、光照強度3種傳感器進行模擬實驗。實驗中,在不同樓層、不同實驗室布置多個ZigBee無線傳感器節(jié)點及內(nèi)線電話。

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  以某實驗室布置的傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)為例。對于溫度傳感器,分別在室溫、空調(diào)制冷、空調(diào)加熱3種情況下進行測試,監(jiān)測數(shù)據(jù)如表1所示;對于濕度傳感器,分別在實驗室正常情況、用加濕器對濕度傳感器加濕兩種情況下進行測試,監(jiān)測數(shù)據(jù)如表2所示;對于光照傳感器,分別在有陽光室外、無陽光室外、有陽光室內(nèi)、無陽光室內(nèi)4種情況下進行測試,監(jiān)測數(shù)據(jù)如表3所示。將無線監(jiān)測節(jié)點數(shù)據(jù)采樣間隔時間設(shè)置為30 s,即使在最大傳輸距離200 m的情況下,丟包率仍小于1%。

  實驗結(jié)果表明,當(dāng)監(jiān)測到的溫、濕度及光照強度值超過預(yù)先設(shè)定門限值時,系統(tǒng)成功撥打相應(yīng)數(shù)據(jù)超標(biāo)報警電話。

  經(jīng)試驗證明,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,能夠?qū)崿F(xiàn)電話錄音、電話調(diào)度、交互式電話會議模塊中設(shè)計的所有功能;上位機服務(wù)器能夠準(zhǔn)確測量到實驗室環(huán)境中的溫、濕度以及光照強度并在數(shù)據(jù)超標(biāo)時自動撥打報警電話,成功模擬了煤礦環(huán)境下的報警功能,初步實現(xiàn)了系統(tǒng)設(shè)計的所有功能。

4 結(jié)論

  本文針對小型煤礦設(shè)計了一套完整的集團電話系統(tǒng),該系統(tǒng)不僅具有煤礦生產(chǎn)所需要的電話錄音、電話調(diào)度、電話會議功能,還利用ZigBee網(wǎng)絡(luò)及傳感器節(jié)點提升了煤礦井下監(jiān)測數(shù)據(jù)的便利性與易用性。在報警方面,提出了更有安全性的報警機制——利用集團電話實現(xiàn)自動報警,大大提高了報警有效性。由于試驗環(huán)境有限,未能將瓦斯?jié)舛葌鞲衅饕约耙谎趸紳舛葌鞲衅髟趯嶋H煤礦井下進行真正部署試驗,下一步將到實際環(huán)境中對整個系統(tǒng)進行部署試驗。

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