摘要：根据某些地区特殊环境核辐射的监测需要，提出了一种基于ZigBee设计无线传感监控系统。以TI公司的CC以2530芯片为核心，CC2591芯片及PC构建系统网络的硬件平台。该系统不仅可以监控γ辐射剂量还可监测温湿度、雨量等大气参数，实现数据采集、处理、传输、显示和超限报警。

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0 引言

由于核辐射恐怖事件及核辐射事故具有突发性，对国家政治、经济和社会安全有巨大危害，容易造成社会动荡，其次核电是清洁安全的能源，虽然重大事故的发生概率很低，但必须做好充分的核事故应急准备。本研究提出的核辐射监测系统大多是有线传感网络ZigBee该技术在核辐射监测中的应用，很好地解决了信号迟滞、信号失真、信号精度低的缺点。同时，可监测的区域温湿度、雨量等大气参数可作为对γ综合分析判断辐射剂量的参考参数。

1 系统的原理和框架

1.1 基本原理

ZigBee基于技术的新技术IEEE 802.15.4标准短距离无线通信技术。其优点是网络组合灵活，结构简单，功耗小，成本低。基于ZigBee有三种无线传感网络拓扑结构，即星形网络结构、树形网络结构和网状网络结构。全功能设备代表协调器或传感器节点，可与任何其他设备通信；半功能设备只能是传感器节点。图中所示的星网络结构由协调器和多个终端节点组成，适用于一定范围的环境监测应用；树网络结构由协调器和多个星网组成，适用于数据量小但规模大的监测场合；网络结构中的每个设备都是平等通信，每个节点都可以与通信范围内的其他节点相互通信。由于监控系统节点多，规模大，考虑到网络结构中各节点的数据传输路径多，可靠性高。当某一路径出现问题时，可通过其他路径继续传输测量数据，对避免数据的丢失或遗漏有很好的保障，因此，本设计的传感网络结构选择网状网络结构，具体结构。

1.2 结构图的整体设计

核辐射监测系统由上位机、协调器、路由节点网络和传感器终端节点组成，其中路由节点网络由多个路由器相互通信。系统结构框图。系统终端节点的各种传感器分别收集γ辐射剂量和各种大气数据，然后将数据传输给路由器，通过路由器节点之间的相互通信和数据处理，通过协调器将数据传输到上位机，上位机对测量的数据进行综合分析和处理，得到超过设定的数据γ辐射剂量会发出报警信号。同时，上位机可以管理和显示数据，方便用户监控和查询。

2 系统硬件设计

2.1 芯片选择系统及整体硬件设计

目前针对ZigBee技术标准芯片种类繁多，常用TI公司的、CC2530、CC1110和飞思卡尔公司MCI3192/3芯片等。考虑到传输频率、功耗和系统稳定性，系统采用TI公司推出的CC2530作为核心，CC2591是前端传输。

CC2530芯片是集IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE工作频段为2.4GHz。其包含了RF8051增强型收发器CPU、拥有8k数据存储器和1256kFlash大容量程序存储器所需电压范围为2.0～3.6V只需两节五号电池即可满足供电要求。

CC2591也是TI公司推出的工作频段为2.4GHz，面向低压、低功耗、高集成度的前端芯片。CC2591内部集成功率放大器(PA)的增益为22dB，最大发射功率为 22dBin(输入 5dBm)，4.8dB接收灵敏度提高6的噪声系数dB，内部集成的接收部分LNA分接收收入1~11dBm之间。

系统下位机硬件结构图。主要由多个带有CC将路由器连接到2591传感器节点，然后由路由器连接到主协调器。

2.2 终端节点硬件设计及传感器的选择

以核心芯片2530与外围模块相结合的系统终端节点硬件设计)A/D基准电压、存储器、调试接口及传感器等，加上必需的射频前端芯片CC由2591和电源模块组成。终端节点硬件设计图系统。

系统选用GM计数管作为γ辐射探测器的探头。GM管道输出信号大，功耗低，温湿度范围宽，使用耐久性强，满足监测要求；大气传感器包括：温湿度测量元件选择数字针DHT根据单片机的不同说明，11温湿度传感器具有抗干扰性强、精度高、反应快等特点，选择测量温度和湿度；选择风速和风向测量元件ZP—WVD风速风向传感器，同时测量风速和风向，功耗低，抗干扰能力强，稳定性好。采用雨量测量FY-Y2型雨量传感器可同时测量降水量和强度。

3 系统软件设计

3.1 传感器节点的软件设计

传感器节点主要采集γ辐射剂量和大气数据通过路由器将收集到的数据打包到无线协调器，并完成协调器发送的指令。启动后，首先对硬件和协议堆栈进行初始化，然后开始通过协调器进行信道扫描和无线网络。成功进入网络后，每个节点绑定并开始收集每个数据。当传感器收集时γ将辐射剂量和大气数据发送到协调器。传感器节点的流程图。