基于ZigBee无线传感的核辐射的监测系统
针对某些区域特殊环境核辐射的监测需要，提出了一种基于zigbee无线传感监测系统的设计方案。以ti公司的cc2530芯片为核心，cc2591芯片及pc上位机构建系统网络的硬件平台。该系统不仅能够监测γ辐射剂量，而且还可以监测温湿度、雨量等大气参数，并实现数据的采集、处理、传输、显示以及超限报警。
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。我国现在大部分的核辐射监测系统都是有线传感网络，本研究提出的zigbee技术在核辐射监测方面的应用，很好地解决了有线传输的信号迟滞、信号失真、信号精确度低的缺点。同时能够监测的区域温湿度、雨量等大气参数，可作为对γ辐射剂量进行综合分析与判断的参考参数。
1系统的原理和框架 1.1基本原理
zigbee技术是一种新型的、基于ieee 802.15.4标准的短距离无线通信技术。其优点是组网灵活、结构简单、功耗小、成本低。基于zigbee技术构建的无线传感网络拓扑结构有三种，分别是星型网络结构、树状形网络结构和网状网络结构，如图1所示。其中全功能设备代表协调器或传感器节点，它可以和任何其他的设备通讯；而半功能设备只能是传感器节点。图中所示星型网络结构由一个协调器和数个终端节点构成，适用于一定范围的环境监测应用；树状网络结构是由一个协调器和若干个星型网络组成，适用于数据量小但规模较大的监测场合；网状结构中各个设备之间是对等通信，每个节点都可以与在通信范围内的其它节点进行互相通信。由于本监测系统的节点较多，规模较大，考虑到网状网络结构中各节点的数据传输可以选择有多个路径，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，具体结构如图1所示。
图1 拓扑结构
1.2系统整体设计结构图
核辐射监测系统由上位机、协调器、路由节点网络以及传感器终端节点组成，其中路由器节点网络由多个路由器相互通信而成。系统结构框图如图2所示。系统终端节点的各种传感器分别采集γ辐射剂量及各种大气数据，然后将数据传送给路由器，经过路由器节点之间的互相通讯以及数据处理，将数据通过协调器传至上位机，上位机对测得的各个数据进行综合的分析处理，得出的数据如超过设定的γ辐射剂量则会发出报警信号。同时上位机能够管理和显示数据，方便用户进行实施监控与查询。
图2 基于zigbee技术的核辐射检测系统
2系统硬件设计 2.1系统的芯片选择及总体硬件设计
目前针对zigbee技术标准的芯片种类较多，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。基于传输频率、功耗以及系统稳定性的考虑，本系统采用ti公司推出的cc2530作为核心，cc2591为前端传输。
cc2530芯片是集ieee802.15.4、zigbee和rf4ce于一体的系统解决方案，工作频段在2.4ghz.其包含了rf收发器、增强型的8051cpu、拥有8k数据存储器和1256kflash的大容量程序存储器等，所需电压的范围在2.0～3.6v之间，只需两节五号电池就可以满足供电要求。
cc2591也是ti公司推出的工作频段在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，接收灵敏度改善6db，接收部分内部集成的lna分接收增益在1～11dbm之间。
系统下位机硬件结构图如图3所示。主要由多个带有cc2591的传感器节点连接路由器，再由路由器连接主协调器而构成。
图3 系统下位机硬件结构图
2.2系统的终端节点硬件设计及传感器的选取
系统的终端节点硬件设计以核心芯片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。系统的终端节点硬件设计图如图4所示。
图4 终端节点硬件设计图
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图1 拓扑结构
1.2系统整体设计结构图
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图2 基于zigbee技术的核辐射检测系统
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cc2530芯片是集ieee802.15.4、zigbee和rf4ce于一体的系统解决方案，工作频段在2.4ghz.其包含了rf收发器、增强型的8051cpu、拥有8k数据存储器和1256kflash的大容量程序存储器等，所需电压的范围在2.0～3.6v之间，只需两节五号电池就可以满足供电要求。
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系统下位机硬件结构图如图3所示。主要由多个带有cc2591的传感器节点连接路由器，再由路由器连接主协调器而构成。
图3 系统下位机硬件结构图
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图4 终端节点硬件设计图
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