基于ZigBee無線傳感的核輻射的監測系統

針對某些區域特殊環境核輻射的監測需要，提出了一種基于ZigBee無線傳感監測系統的設計方案。以TI 公司的CC2530芯片為核心，CC2591芯片及PC上位機構建系統網絡的硬件平臺。該系統不僅能夠監測γ輻射劑量，而且還可以監測溫濕度、雨量等大氣參數，并實現數據的采集、處理、傳輸、顯示以及超限報警。

由于核輻射恐怖事件及核輻射事故具有突發性，對國家政治、經濟和社會安全有巨大危害，容易造成社會動蕩，其次核電是清潔安全的能源，雖然重大事故的發生概率很低，但必須做好充分的核事故應急準備。我國現在大部分的核輻射監測系統都是有線傳感網絡，本研究提出的ZigBee技術在核輻射監測方面的應用，很好地解決了有線傳輸的信號遲滯、信號失真、信號精確度低的缺點。同時能夠監測的區域溫濕度、雨量等大氣參數，可作為對γ輻射劑量進行綜合分析與判斷的參考參數。

1系統的原理和框架

1.1基本原理

ZigBee技術是一種新型的、基于IEEE 802.15.4標準的短距離無線通信技術。其優點是組網靈活、結構簡單、功耗小、成本低?；赯igBee技術構建的無線傳感網絡拓撲結構有三種，分別是星型網絡結構、樹狀形網絡結構和網狀網絡結構，如圖1所示。其中全功能設備代表協調器或傳感器節點，它可以和任何其他的設備通訊；而半功能設備只能是傳感器節點。圖中所示星型網絡結構由一個協調器和數個終端節點構成，適用于一定范圍的環境監測應用；樹狀網絡結構是由一個協調器和若干個星型網絡組成，適用于數據量小但規模較大的監測場合；網狀結構中各個設備之間是對等通信，每個節點都可以與在通信范圍內的其它節點進行互相通信。由于本監測系統的節點較多，規模較大，考慮到網狀網絡結構中各節點的數據傳輸可以選擇有多個路徑，可靠性高。當某一路徑出現問題時，可通過其他路徑繼續傳輸測量數據，對避免數據的丟失或遺漏有很好的保障，因此，本設計的傳感網絡結構選擇網狀網絡結構，具體結構如圖1所示。

圖1 拓撲結構

1.2系統整體設計結構圖

核輻射監測系統由上位機、協調器、路由節點網絡以及傳感器終端節點組成，其中路由器節點網絡由多個路由器相互通信而成。系統結構框圖如圖2所示。系統終端節點的各種傳感器分別采集γ輻射劑量及各種大氣數據，然后將數據傳送給路由器，經過路由器節點之間的互相通訊以及數據處理，將數據通過協調器傳至上位機，上位機對測得的各個數據進行綜合的分析處理，得出的數據如超過設定的γ輻射劑量則會發出報警信號。同時上位機能夠管理和顯示數據，方便用戶進行實施監控與查詢。