基于Zigbee技術(shù)的消防報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

閆應(yīng)生（勝利油田中心醫(yī)院，山東東營(yíng) 257000）

基于Zigbee技術(shù)的消防報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

閆應(yīng)生（勝利油田中心醫(yī)院，山東東營(yíng) 257000）

消防安全一直是關(guān)系廣大人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全的重要社會(huì)問題。目前建筑設(shè)施中普遍使用火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行防范火災(zāi)和預(yù)報(bào)火災(zāi)。本文從Zigbee技術(shù)出發(fā)對(duì)無線技術(shù)在現(xiàn)代化消防報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用中做初步的探索。

火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)；無線技術(shù)；Zigbee

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代化城市進(jìn)程的加快，建筑尤其是高層建筑越來越多，這些建筑大多人口稠密，可燃物多，管理難度大，是消防高危建筑，具有較多的火災(zāi)隱患，一旦發(fā)生火災(zāi)往往給生命和財(cái)產(chǎn)造成重大的損失，社會(huì)影響比較惡劣?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)是現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的產(chǎn)物，是火災(zāi)預(yù)報(bào)的重要的系統(tǒng)，發(fā)揮著越來越重要的作用。但是往往火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的搭建必須考慮在建筑和設(shè)計(jì)初期，后期由于成本考慮和管線鋪設(shè)等諸多問題，一般無法增加火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，那么有沒有一種低成本的方式來替代以往的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，和在一些現(xiàn)有建筑設(shè)施中低成本的鋪設(shè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)呢，我們下面來做一探討：

1 無線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

無線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是利用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)鋪設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，將火災(zāi)監(jiān)測(cè)信號(hào)及時(shí)的傳遞給中控系統(tǒng)，對(duì)初期火災(zāi)提供監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)和滅火。監(jiān)測(cè)探頭利用無線技術(shù)將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，免去數(shù)據(jù)線的布線和煩擾，降低成本，采用干電池為供電電源。當(dāng)一旦發(fā)生火災(zāi)，在很短的時(shí)間內(nèi)異常信號(hào)和位置信息傳送到中控室控制主機(jī)上，由無線信號(hào)完成信息的輸入輸出。

目前藍(lán)牙和WIFI技術(shù)等無線技術(shù)已經(jīng)十分成熟，但是出于功耗和安全性等各方面的考慮我們考慮現(xiàn)在比較新的-Zigbee技術(shù)。Zigbee具有低成本、低功率、小尺寸以及保證的互操作能力等特性，Zigbee能夠用于藍(lán)牙、Wi-Fi、超寬帶（UWB）、手機(jī)及其它無線技術(shù)不能覆蓋的大部分應(yīng)用領(lǐng)域。

2 無線消防報(bào)警系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)

根據(jù)Zigbee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)和架構(gòu)要求，我們必須使用采集終端、協(xié)調(diào)器、路由器等三部分，利用Zigbee的星形網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淠Ｊ竭M(jìn)行組網(wǎng)。當(dāng)某個(gè)點(diǎn)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，其附件的煙感（溫感）終端探頭捕獲數(shù)據(jù)，通過協(xié)調(diào)器和路由器將數(shù)據(jù)傳回監(jiān)控室總機(jī)，總機(jī)根據(jù)之前登記數(shù)據(jù)庫(kù)，核實(shí)位置并作出快速反饋和處置，和安排后續(xù)的救災(zāi)聯(lián)動(dòng)工作。如果給進(jìn)入火場(chǎng)的消防員也配備上Zigbee終端，那么當(dāng)隊(duì)員進(jìn)入火場(chǎng)時(shí)，附近的協(xié)調(diào)器接受信號(hào)，并傳輸回監(jiān)控室，系統(tǒng)自動(dòng)視其為移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，并檢測(cè)器位置信息及移動(dòng)狀況，從而確認(rèn)消防人員在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的位置。

2.1 硬件設(shè)計(jì)方案

根據(jù)無線頻譜管理的相關(guān)法律和規(guī)范，Zigbee標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備只能選擇2.4ghz頻段為傳輸頻率。出于成本和綜合考量我們采用深圳市世強(qiáng)公司出品的集成ARM Cortex-M3和2.4G射頻收發(fā)器的ZigBee SOC產(chǎn)品，EM35x元件整合2.4GHz IEEE 802.15.4收發(fā)器和+8dBm功率放大器、ARM Cortex-M3核心、高達(dá)512kB的Flash記憶體和64kB RAM。Ember ZigBee元件可提供絕佳的資訊延遲和資料吞吐量，比其他ZigBee解決方案的電池壽命至少延長(zhǎng)25%。其產(chǎn)品特點(diǎn)：主要有采用32Bit Cortex-M3內(nèi)核，接受靈敏度最高達(dá)到-102dBm，內(nèi)置PA，發(fā)射功率高達(dá)8dBm，支持USB接口，工作溫度范圍寬至-40-125攝氏度，小封裝7X7（m㎡），QFN-48PIN。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

Zigbee無線消防報(bào)警系統(tǒng)必須要對(duì)監(jiān)控點(diǎn)位進(jìn)行采集和數(shù)據(jù)處理，并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)間節(jié)點(diǎn)之間的通訊建立網(wǎng)絡(luò)，并將信號(hào)進(jìn)行傳輸。

3 數(shù)據(jù)采集與傳輸

利用煙感（溫感）的顆粒傳感器（溫度傳感器）將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)被送往微處理器；微處理器進(jìn)行信號(hào)識(shí)別和加工，然后將數(shù)據(jù)按照Z(yǔ)igbee協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)采用非信標(biāo)使能的網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化封裝和加工。至于數(shù)據(jù)定義標(biāo)準(zhǔn)和傳輸定義模式在IEEE802.15.4都有詳細(xì)的規(guī)范和說明，我們只要按照其規(guī)范進(jìn)行編碼處理即可。之后數(shù)據(jù)采取無時(shí)隙的CSM/CA算法進(jìn)行傳輸，數(shù)據(jù)到達(dá)附近的協(xié)調(diào)器。協(xié)調(diào)器與終端之間數(shù)據(jù)采取雙向傳輸，遵循一致借加密和解密協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。協(xié)調(diào)器將數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶罱穆酚善魃?，路由器通過RS-232串口與監(jiān)控室主機(jī)進(jìn)行通訊，這樣信號(hào)就完成了由終端到主機(jī)的通訊，反之?dāng)?shù)據(jù)也可以由監(jiān)控主機(jī)反饋到終端。

4 組網(wǎng)及路由算法

這個(gè)部分主要解決協(xié)調(diào)器組網(wǎng)的算法，子節(jié)點(diǎn)向母節(jié)點(diǎn)發(fā)送入網(wǎng)申請(qǐng)，協(xié)調(diào)器之間組建網(wǎng)絡(luò)，允許子節(jié)點(diǎn)自由加入并建立通訊，實(shí)時(shí)掃描周圍節(jié)點(diǎn)，采取最有算法，建立最短路由，從而實(shí)現(xiàn)通訊。

5 關(guān)鍵定位算法

定位算法是整個(gè)軟件設(shè)計(jì)的非常關(guān)鍵的一環(huán)，算法非常多，有的非常復(fù)雜，我們采取比較簡(jiǎn)單的算法RSSL的最大似然估計(jì)算法。最大似然估計(jì)算法是概率論統(tǒng)計(jì)學(xué)范疇，是參數(shù)估計(jì)方法其中一個(gè)。這個(gè)算法是樣本在滿足某種概率分布的情況下，但是樣本的具體參數(shù)未知，通過試驗(yàn)方法，觀察結(jié)果，利用結(jié)果計(jì)算參數(shù)的大概值。相比其他算法這個(gè)算法物理定位精度可能不是十分準(zhǔn)確，但是由于建筑設(shè)施終端節(jié)點(diǎn)相對(duì)密集，精度可以控制在可控范圍以內(nèi)，并且可以利用符號(hào)定位提供位置參考，降低了復(fù)雜度的同時(shí)，兼顧了精度。常用算法還有自適應(yīng)迭代法、距離加權(quán)估計(jì)等。

［1］王東，張金榮，魏延，曹長(zhǎng)修，唐政.利用Zigbee技術(shù)構(gòu)建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，（08）.

［2］施承，宋鐵成，葉芝慧，胡靜，沈連豐.基于Zigbee協(xié)議的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的研制［J］.廣東通信技術(shù)，2006，（01）.