物联网技术建设工程塔吊安全监测系统软件设计
ZigBee技术是最近几年发展起来的低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本、易应用的近距离双向无线通信技术，可应用于工业控制、医疗监护、交通监管、智能家居等场合。
本课题采用基于ZigBee无线传感器进行安全监测，具有近距离、低复杂度、低功耗、低成本、安装方便、快捷的优点，可以在塔吊行业推广应用。本系统具有位移、压力、风速、振动和塔吊摆臂间距监测功能。监测数据通过CC2530无线收发模块及时、准确地上传到控制中心PC机进行实时显示和处理，如果监测数据超过警戒值就触发报警器报警，高效率地实现建筑塔吊单机运行安全和群塔吊交叉作业防碰撞的实时监控与预警报警功能。
在上位机监测方面，我们采用VS2005制作的界面。在界面中，我们添加了报警指示灯和声音报警提示，在数据上，我们增加了报警值提示和显示功能，让监控人员能够第一时间看见哪个节点的哪个传感器数值不在正常范围内，让监控人员能够立即去节点查看。
关键词 ZigBee，无线传感器，塔吊，安全监测，VS2005
目 录
1 绪论 1
1.1 ZigBee技术的特点和应用 1
1.2 课题来源、研究内容及目的 1
2 系统硬件设计 2
2.1 设计要求 2
2.2 系统总体结构 2
2.3 无线传感器网络节点 3
2.4 CC2530模块 5
2.5 网关 5
2.6 传感器简介 6
2.7 报警模块 11
2. 8 电源模块 12
2.9 系统电路 13
3 系统软件设计 14
3.1 IAR开发坏境 14
3.2 VS2005简介 15
3.3 软 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
件设计 16
3.4 软件调试 22
3.5 传感器参数设置 23
3.6 数据的采集与分析 24
4 误差分析 24
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
附 录 29
1 绪论
1.1 ZigBee技术的特点和应用
ZigBee作为近几年来新发展的双线无线通信技术，它集合了众多的优点：低成本、低功耗、操作简单、高效率、数据传输快、网络容量大、短延时、安全可靠等。
1．低成本。ZigBee设计简单，成本费也就相对变低，低成本的一个通信技术，可以迅速普及市场，其使用率也就大大增加，这给广大用户提供了很好的学习机会。
2．低功耗。ZigBee采用休眠模式，换句话来说，当补工作时处在睡眠模式，需要工作时由内部唤醒进行工作，这样可以大大的降低系统的功耗，给系统维护减轻了不少的负担。
3．操作简单。ZigBee简单易学，没有那么多繁琐的步骤，而且界面也设计的清晰明了，使用户很容易上手，软件的实现也比其他通信技术更进一步简单化。
4．高效率。虽然ZigBee的速度低，但它的效率高，表现在它的各指标时间短，唤醒时间只需要15ms，也就是从休眠模式到工作模式的转换时间，而且ZigBee的延时间也大大的缩短。
5．数据传输可靠。ZigBee系统内部采用加密处理，外部无法破解进去进行干扰另外还进行了CTR加密、比特顺序串联技术等加密程序，更加确保了数据传输的安全可靠。
6．网络容量大。通常情况下，一个区域可以容纳100多个ZigBee网络，而一个ZigBee可以连接250多个从设备，如此大的容量可以足够广大用户使用了。
1.2 课题来源、研究内容及目的
现代建筑施工现场由于越来越多的塔吊安全问题给工人带来不仅是财产的损失，更是威胁到生命安全。即使是监测人员携带多种的设备和仪器，也无法做到准确及时的检测，更不能解决工地的安全隐患。鉴于以上传统的检测方法不能满足现代科技的要求，因此研究并设计一种基于ZigBee的塔吊安全监测系统成为了发展的必然，首先就是可以减少劳动量，第二就是可以迅速采取措施进行施救，省去不必要的时间。将ZigBee技术运用到塔吊安全监测中，这对降低施工现场的安全隐患尤为重要，意义深远。 ZigBee技术的运用，随着市场的发展将不断的深入系统内部，因为它的运用给塔吊的安全系数大大的提高，避免了本来不必要发生的安全事故。
本设计是基于ZigBee无线传感网络技术进行安全监测，具有低功耗、短距离、低成本、操作简单、数据传输可靠及时等优点，本系统具有位移、压力、塔吊摆臂间距、风速、振动等监测功能。采用位移传感器测量塔吊被监测部位的位移；采用风速传感器测量塔吊附近的风速大小；采用压力传感器测量被监测点压力值；采用振动传感器测量塔吊底部的振动幅度；采用超声波传感器测量塔吊摆臂间距。所测量的数据经过CC2530模块上传到控制中心进行处理，若超出报警值，所对应传感器节点将报警。本设计主要运用于工地建筑中塔吊的安全检测，具有很强的实用性 。
2 系统硬件设计
2.1 设计要求
采用无线传感器进行安全监测，具有安装方便快捷等优点，可以在塔吊监测系统行业推广应用。本课题采用无线传输技术、传感器技术，设计一种集压力、位移、风速、振动测量的智能无线传感器。该传感器主要用于建筑施工现场塔吊作业的安全监测，具有一定的实用价值。
本设计具有以下功能：
1. 采用位移传感器监测塔吊被测部位的位移大小，判定监测部位移动是否过大；采用压力传感器测量塔吊的塔臂承载压力是否超出警戒值；采用超声波传感器测量塔吊作业时塔臂间距大小，采用风速传感器进行测量风速大小；采用振动传感器测量塔吊底端的振动的强烈。
2.采集的数据送到网关模块，然后由网关上传到监控控制中心；
3.控制中心不断的处理接收来的数据，一旦越过报警值，即发出“滴滴”报警。监测上传的数据，如果数据超过警戒值，传感器节点就会发生报警。
2.2 系统总体结构
本系统由无线传感器网络节点（负责采集节点的压力，位移，间距、风速、振动等数据）、无线网关和报警控制中心等几部分组成。各个传感器分布在各个关键地方，不仅有效的持续不断测量各自的数据，还能够迅速重建网络节点，而不会因为某个节点损害而崩溃。报警程序通过中断方式进行节点报警。同时，因为可以灵活的控制无线传感器节点的安放位置，工作人员可以很方便检查各个节点的状况，从而使整个系统长时间工作得到保障。
本设计集位移、压力、间距、风速、振动监测，显示与报警于一体，利用多个传感器节点进行数据采集保证了现场数据的及时、准确，各个节点通过各自的 CC2530模块上传到PC机中显示与处理，如果数据超过报警值就会报警。网络结构图如图2-1所示。
图中包括各个传感器节点、无线传感网络、网关和监控中心等，整个系统中，传感器节点现场先采集数据，再通过无线网络传输到网关，网关再通过串口接点与上位机进行数据传输与处理。
图2-1 系统网络结构图
2.4 CC2530模块
CC2530通过降低成本的优势并且能够最大限度的充分利用固有的资源建立最广大的网络节点，因此深受广大用户的亲睐，也使得CC2530拥有市场份额越来越多，随着逐渐发展，为了适应客户需求，对CC2530的要求也逐渐提高，目前，已经发展出多种不同的版本，当然每种版本各有各的优势，适应不同客户的需要。各个版本之间最大的不同点就是闪存大小不一样，其他功能都差不多，另外，随着功耗的越来越低的发展趋势，CC2530也重点考虑了功耗的高低，为此建立了不同的运行模式，而且各个模式的转换时间很短，节省了许多不必要的供电功耗。延时了工作时间。
当系统处于休眠模式，耗电很低，大概不到1uA；
1 绪论 1
1.1 ZigBee技术的特点和应用 1
1.2 课题来源、研究内容及目的 1
2 系统硬件设计 2
2.1 设计要求 2
2.2 系统总体结构 2
2.3 无线传感器网络节点 3
2.4 CC2530模块 5
2.5 网关 5
2.6 传感器简介 6
2.7 报警模块 11
2. 8 电源模块 12
2.9 系统电路 13
3 系统软件设计 14
3.1 IAR开发坏境 14
3.2 VS2005简介 15
3.3 软 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
件设计 16
3.4 软件调试 22
3.5 传感器参数设置 23
3.6 数据的采集与分析 24
4 误差分析 24
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
附 录 29
1 绪论
1.1 ZigBee技术的特点和应用
ZigBee作为近几年来新发展的双线无线通信技术，它集合了众多的优点：低成本、低功耗、操作简单、高效率、数据传输快、网络容量大、短延时、安全可靠等。
1．低成本。ZigBee设计简单，成本费也就相对变低，低成本的一个通信技术，可以迅速普及市场，其使用率也就大大增加，这给广大用户提供了很好的学习机会。
2．低功耗。ZigBee采用休眠模式，换句话来说，当补工作时处在睡眠模式，需要工作时由内部唤醒进行工作，这样可以大大的降低系统的功耗，给系统维护减轻了不少的负担。
3．操作简单。ZigBee简单易学，没有那么多繁琐的步骤，而且界面也设计的清晰明了，使用户很容易上手，软件的实现也比其他通信技术更进一步简单化。
4．高效率。虽然ZigBee的速度低，但它的效率高，表现在它的各指标时间短，唤醒时间只需要15ms，也就是从休眠模式到工作模式的转换时间，而且ZigBee的延时间也大大的缩短。
5．数据传输可靠。ZigBee系统内部采用加密处理，外部无法破解进去进行干扰另外还进行了CTR加密、比特顺序串联技术等加密程序，更加确保了数据传输的安全可靠。
6．网络容量大。通常情况下，一个区域可以容纳100多个ZigBee网络，而一个ZigBee可以连接250多个从设备，如此大的容量可以足够广大用户使用了。
1.2 课题来源、研究内容及目的
现代建筑施工现场由于越来越多的塔吊安全问题给工人带来不仅是财产的损失，更是威胁到生命安全。即使是监测人员携带多种的设备和仪器，也无法做到准确及时的检测，更不能解决工地的安全隐患。鉴于以上传统的检测方法不能满足现代科技的要求，因此研究并设计一种基于ZigBee的塔吊安全监测系统成为了发展的必然，首先就是可以减少劳动量，第二就是可以迅速采取措施进行施救，省去不必要的时间。将ZigBee技术运用到塔吊安全监测中，这对降低施工现场的安全隐患尤为重要，意义深远。 ZigBee技术的运用，随着市场的发展将不断的深入系统内部，因为它的运用给塔吊的安全系数大大的提高，避免了本来不必要发生的安全事故。
本设计是基于ZigBee无线传感网络技术进行安全监测，具有低功耗、短距离、低成本、操作简单、数据传输可靠及时等优点，本系统具有位移、压力、塔吊摆臂间距、风速、振动等监测功能。采用位移传感器测量塔吊被监测部位的位移；采用风速传感器测量塔吊附近的风速大小；采用压力传感器测量被监测点压力值；采用振动传感器测量塔吊底部的振动幅度；采用超声波传感器测量塔吊摆臂间距。所测量的数据经过CC2530模块上传到控制中心进行处理，若超出报警值，所对应传感器节点将报警。本设计主要运用于工地建筑中塔吊的安全检测，具有很强的实用性 。
2 系统硬件设计
2.1 设计要求
采用无线传感器进行安全监测，具有安装方便快捷等优点，可以在塔吊监测系统行业推广应用。本课题采用无线传输技术、传感器技术，设计一种集压力、位移、风速、振动测量的智能无线传感器。该传感器主要用于建筑施工现场塔吊作业的安全监测，具有一定的实用价值。
本设计具有以下功能：
1. 采用位移传感器监测塔吊被测部位的位移大小，判定监测部位移动是否过大；采用压力传感器测量塔吊的塔臂承载压力是否超出警戒值；采用超声波传感器测量塔吊作业时塔臂间距大小，采用风速传感器进行测量风速大小；采用振动传感器测量塔吊底端的振动的强烈。
2.采集的数据送到网关模块，然后由网关上传到监控控制中心；
3.控制中心不断的处理接收来的数据，一旦越过报警值，即发出“滴滴”报警。监测上传的数据，如果数据超过警戒值，传感器节点就会发生报警。
2.2 系统总体结构
本系统由无线传感器网络节点（负责采集节点的压力，位移，间距、风速、振动等数据）、无线网关和报警控制中心等几部分组成。各个传感器分布在各个关键地方，不仅有效的持续不断测量各自的数据，还能够迅速重建网络节点，而不会因为某个节点损害而崩溃。报警程序通过中断方式进行节点报警。同时，因为可以灵活的控制无线传感器节点的安放位置，工作人员可以很方便检查各个节点的状况，从而使整个系统长时间工作得到保障。
本设计集位移、压力、间距、风速、振动监测，显示与报警于一体，利用多个传感器节点进行数据采集保证了现场数据的及时、准确，各个节点通过各自的 CC2530模块上传到PC机中显示与处理，如果数据超过报警值就会报警。网络结构图如图2-1所示。
图中包括各个传感器节点、无线传感网络、网关和监控中心等，整个系统中，传感器节点现场先采集数据，再通过无线网络传输到网关，网关再通过串口接点与上位机进行数据传输与处理。
图2-1 系统网络结构图
2.4 CC2530模块
CC2530通过降低成本的优势并且能够最大限度的充分利用固有的资源建立最广大的网络节点，因此深受广大用户的亲睐，也使得CC2530拥有市场份额越来越多，随着逐渐发展，为了适应客户需求，对CC2530的要求也逐渐提高，目前，已经发展出多种不同的版本，当然每种版本各有各的优势，适应不同客户的需要。各个版本之间最大的不同点就是闪存大小不一样，其他功能都差不多，另外，随着功耗的越来越低的发展趋势，CC2530也重点考虑了功耗的高低，为此建立了不同的运行模式，而且各个模式的转换时间很短，节省了许多不必要的供电功耗。延时了工作时间。
当系统处于休眠模式，耗电很低，大概不到1uA；
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