摘要：针对某些区域特别环境核辐射的监测需求，提出了一种根据ZigBee无线传感监测体系的规划方案。以TI公司的CC2530芯片为中心，CC2591芯片及PC上位机构建体系网络的硬件渠道。该体系不只可以监测γ辐射剂量，并且还可以监测温湿度、雨量等大气参数，并完结数据的收集、处理、传输、显现以及超限报警。
0 导言
因为核辐射恐怖事件及核辐射事端具有突发性，对国家政治、经济和社会安全有巨大损害，简略形成社会动乱，其次核电是清洁安全的动力，尽管重大事端的产生概率很低，但有必要做好充沛的核事端应急预备。我国现在大部分的核辐射监测体系都是有线传感网络，本研讨提出的ZigBee技能在核辐射监测方面的运用，很好地处理了有线传输的信号迟滞、信号失真、信号精确度低的缺陷。一起可以监测的区域温湿度、雨量等大气参数，可作为对γ辐射剂量进行归纳剖析与判别的参阅参数。
1 体系的原理和结构
1.1 基本原理
ZigBee技能是一种新式的、根据IEEE 802.15.4规范的短距离无线通讯技能。其长处是组网灵敏、结构简略、功耗小、成本低。根据ZigBee技能构建的无线传感网络拓扑结构有三种，别离是星型网络结构、树状形网络结构和网状网络结构，如图1所示。其间全功用设备代表和谐器或传感器节点，它可以和任何其他的设备通讯;而半功用设备只能是传感器节点。图中所示星型网络结构由一个和谐器和数个终端节点构成，适用于必定规划的环境监测运用;树状网络结构是由一个和谐器和若干个星型网络组成，适用于数据量小但规划较大的监测场合;网状结构中各个设备之间是对等通讯，每个节点都可以与在通讯规划内的其它节点进行彼此通讯。因为本监测体系的节点较多，规划较大，考虑到网状网络结构中各节点的数据传输可以挑选有多个途径，牢靠性高。当某一途径出现问题时，可通过其他途径持续传输丈量数据，对防止数据的丢掉或遗失有很好的保证，因而，本规划的传感网络结构挑选网状网络结构，详细结构如图1所示。
1.2 体系全体规划结构图
核辐射监测体系由上位机、和谐器、路由节点网络以及传感器终端节点组成，其间路由器节点网络由多个路由器彼此通讯而成。体系结构框图如图2所示。体系终端节点的各种传感器别离收集γ辐射剂量及各种大气数据，然后将数据传送给路由器，通过路由器节点之间的彼此通讯以及数据处理，将数据通过和谐器传至上位机，上位机对测得的各个数据进行归纳的剖析处理，得出的数据如超越设定的γ辐射剂量则会宣布报警信号。一起上位机可以办理和显现数据，便利用户进行施行监控与查询。
2 体系硬件规划
2.1 体系的芯片挑选及整体硬件规划
现在针对ZigBee技能规范的芯片品种较多，比较常用的有TI公司的CC2430、CC2530、CC1110和飞思卡尔公司的MCI3192/3芯片等。根据传输频率、功耗以及体系稳定性的考虑，本体系选用TI公司推出的CC2530作为中心，CC2591为前端传输。
CC2530芯片是集IEEE802.15.4、ZigBee和RF4CE于一体的体系处理方案，作业频段在2.4GHz。其包含了RF收发器、增强型的8051CPU、具有8k数据存储器和1256kFlash的大容量程序存储器等，所需电压的规划在2.0～3.6V之间，只需两节五号电池就可以满意供电要求。
CC2591也是TI公司推出的作业频段在2.4GHz，面向低电压与低功耗、集成度很高的前端芯片。CC2591的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的噪声系数，接纳灵敏度改进6dB，接纳部分内部集成的LNA分接纳增益在1～11dBm之间。
体系下位机硬件结构图如图3所示。主要由多个带有CC2591的传感器节点衔接路由器，再由路由器衔接主和谐器而构成。
2.2 体系的终端节点硬件规划及传感器的选取
体系的终端节点硬件规划以中心芯片2530结合外围模块)如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CC2591以及电源模块构成。体系的终端节点硬件规划图如图4所示。
体系选用GM计数管作为γ辐射探测器的探头。GM管的输出信号大、功耗低、可以适应环境的温湿度规划宽和运用耐久性强等特色，契合监测需求;大气传感器包含：温、湿度的丈量元件选用数字型插针式的DHT11温湿度传感器，该传感器具有抗干扰性强、精度高、反响快，可根据单片机的不同指令，来挑选丈量温度和湿度;风速、风向丈量元件选用ZP—WVD型风速风向传感器，一起丈量风速与风向，该传感器功耗低、抗干扰能力强、稳定性好。雨量的丈量选用FY-Y2型雨量传感器，可一起丈量降水量、降水强度等。
3 体系软件规划
3.1 传感器节点的软件规划
传感器节点主要是收集γ辐射剂量与各大气数据，通过路由器将收集的数据打包以无线的方法送达和谐器，并完结和谐器发来的指令。发动后先进行硬件和协议栈的初始化，然后开端信道扫描并通过和谐器组成的无线网络，入网成功后各节点进行绑定且开端收集各数据，当传感器收集到γ辐射剂量与大气数据后将其发送给和谐器。传感器节点的流程图如图5所示。
3.2 上位机软件规划
上位机为中心处理渠道，选用VB编写，其软件流程图如图6所示。中心处理渠道完结对网络节点实时监测，一起将监测数据传至中心监测渠道，以完结对数据的贮存、大气要素对γ辐射剂量影响的剖析及报警。上位机完结了将无线传感网络中各节点发送来的数据贮存至数据库，并能实时显现各监测数据及其动摇曲线，可以查询历史数据及显现历史数据曲线等功用。核辐射监测体系的监控中心的主界面如图7所示。
4 结束语
本文论述了一种根据Zigbee技能的核辐射监测体系的规划。该规划无需布线，传感节点可以移动方位以满意监测需求，新参加节点可轻松入网。比较之有线核辐射监测体系有成本低、数据收集频率高、在恶劣环境下的安全性高级长处。通过实验标明，本体系的功能牢靠，可以很好地完结区域内核辐射的监测。
