基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的倉庫火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

曾琳

摘要：針對倉庫火災(zāi)頻發(fā)所造成的危害性，將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)用于倉庫火災(zāi)的監(jiān)測，構(gòu)建了一個(gè)基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)。給出了含多種傳感器的傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方案。

關(guān)鍵詞：倉庫火災(zāi)；無線傳感網(wǎng)絡(luò)；傳感器節(jié)點(diǎn)

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2015）13-0067-02

Abstract：Aiming at warehouse fire hazards appeared frequently， wireless sensor network technology is used in a fire monitoring. Therefore， a fire real-time monitoring and early warning system is constructed based on wireless sensor network. Furthermore， sensor node of the system contains a variety of sensors.

Key words：warehouse fire； wireless sensor network； sensor node

1 無線火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)的研究意義

倉庫火災(zāi)是一種突發(fā)性強(qiáng)、傷害力大的企業(yè)災(zāi)害。做好倉庫防火工作，預(yù)防火災(zāi)事故的發(fā)生，是各個(gè)企業(yè)都迫切需要的。當(dāng)倉庫火災(zāi)發(fā)生時(shí)，能做到早發(fā)現(xiàn)、早報(bào)警、早撲滅就能將企業(yè)損失降到最小?，F(xiàn)有的企業(yè)防火技術(shù)主要有視頻監(jiān)控、人力巡查等手段，技術(shù)手段落后，局限性大且漏洞大，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)火災(zāi)。而較早的總線型線纜火災(zāi)探測系統(tǒng)，有小動物啃食、環(huán)境腐蝕的危險(xiǎn)，一旦發(fā)生一處線路斷裂，則整個(gè)系統(tǒng)就會癱瘓。針對這一現(xiàn)狀，提出了基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的倉庫火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。

無線傳感網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測系統(tǒng)具有傳感器節(jié)點(diǎn)體積小、數(shù)量多，節(jié)點(diǎn)布置靈活的特點(diǎn)，對于大型倉庫可以一次布置到位。每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)本身具有一定的計(jì)算和存儲能力，可以對環(huán)境的變化進(jìn)行較為復(fù)雜的監(jiān)控和判斷；同時(shí)又具有無線通信能力，可以進(jìn)行節(jié)點(diǎn)間協(xié)同監(jiān)控，并能在網(wǎng)絡(luò)遭到破壞時(shí)進(jìn)行自動恢復(fù)組網(wǎng)、傳遞信息。

2 倉庫火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)

2.1 無線傳感網(wǎng)絡(luò)

無線傳感網(wǎng)絡(luò)是由大量的密集部署在監(jiān)控區(qū)域的智能傳感器節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的一種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)[1]。無線傳感網(wǎng)絡(luò)綜合運(yùn)用了現(xiàn)代傳感器技術(shù)、微電子技術(shù)、通信技術(shù)、嵌入式計(jì)算機(jī)技術(shù)和分布式信息處理技術(shù)等多個(gè)現(xiàn)代信息處理技術(shù)，是一個(gè)新興的多學(xué)科交叉研究領(lǐng)域。具有大規(guī)模、低功耗、多節(jié)點(diǎn)分布式協(xié)作工作的特點(diǎn)。

無線傳感網(wǎng)絡(luò)WSN（Wireless Sensor Network）采用隨機(jī)投放的方式部署傳感器節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間采用多跳（multi-hop）、對等（peer to peer）的無線通信方式，能有效地避免長距離傳輸時(shí)遇到的信號衰減和信號干擾。無線傳感網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都具有路由功能，當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)物理故障退出網(wǎng)絡(luò)通訊或需要新增傳感器節(jié)點(diǎn)時(shí)，通過自我修護(hù)、自我協(xié)調(diào)，能自動重新布置形成網(wǎng)絡(luò)。無線傳感網(wǎng)絡(luò)的研究實(shí)體對象主要有4類：目標(biāo)、觀測節(jié)點(diǎn)、傳感節(jié)點(diǎn)和感知現(xiàn)場。傳感節(jié)點(diǎn)隨機(jī)部署好后，通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，協(xié)調(diào)工作形成對目標(biāo)的感知現(xiàn)場。傳感節(jié)點(diǎn)監(jiān)測到目標(biāo)信號后經(jīng)鄰近節(jié)點(diǎn)多跳傳輸?shù)接^測節(jié)點(diǎn)。觀測節(jié)點(diǎn)對內(nèi)進(jìn)行向傳感節(jié)點(diǎn)發(fā)布查詢請求或派發(fā)任務(wù)；對外作為中繼器和網(wǎng)關(guān)完成傳感器網(wǎng)絡(luò)與外部網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信與轉(zhuǎn)換。所以一般將無線傳感網(wǎng)絡(luò)分成數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)分布網(wǎng)絡(luò)和控制管理中心三個(gè)部分組成，其中設(shè)計(jì)的重點(diǎn)就是數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡(luò)，即傳感器節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)。

2.2 倉庫火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的倉庫火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)主要由以下3部分組成（系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1）。

1）無線傳感器節(jié)點(diǎn)

負(fù)責(zé)采集節(jié)點(diǎn)偵測周圍環(huán)境如溫度、氣體濃度、光亮度等數(shù)據(jù)，是無線傳感網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)獲取網(wǎng)絡(luò)。

2）中心節(jié)點(diǎn)

由無線網(wǎng)關(guān)、中繼器擔(dān)任，以無線的方式連接無線傳感器網(wǎng)絡(luò)與管理監(jiān)控中心，將搜集到的信息傳送給監(jiān)控者。

3）管理監(jiān)控中心

管理監(jiān)控中心就是用戶節(jié)點(diǎn)。無線網(wǎng)絡(luò)將搜集到的信息傳送給監(jiān)控者，監(jiān)控者解讀報(bào)表信息后便可掌握現(xiàn)場狀況進(jìn)而維護(hù)和調(diào)整相關(guān)系統(tǒng)。反之，用戶也通過管理控制中心對傳感器網(wǎng)絡(luò)發(fā)布監(jiān)控任務(wù)和收集監(jiān)測數(shù)據(jù)，進(jìn)行無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的配置和管理。

2.3 傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

倉庫火災(zāi)的監(jiān)測系統(tǒng)就是對無火狀態(tài)、陰燃狀態(tài)和起火狀態(tài)這三種火災(zāi)狀態(tài)空間的識別。因?yàn)閭}庫存放物件多，通風(fēng)不良，以物質(zhì)無可見光進(jìn)行緩慢燃燒的火災(zāi)陰燃為主，所以倉庫火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)的重點(diǎn)監(jiān)測對象是火災(zāi)陰燃狀態(tài)信息，即使對煙霧和溫度的監(jiān)測。同時(shí)，對發(fā)生起火狀態(tài)燃燒時(shí)光度也能進(jìn)行監(jiān)測。

根據(jù)倉庫火災(zāi)的特性進(jìn)行傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的體系結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。無線傳感器節(jié)點(diǎn)是一個(gè)具有信息收集和處理能力的微系統(tǒng)，集成了傳感器模塊、信息處理模塊、無線通訊模塊和能量供應(yīng)模塊。

傳感器模塊負(fù)責(zé)感知現(xiàn)場內(nèi)信息的采集和轉(zhuǎn)換，根據(jù)倉庫火災(zāi)特點(diǎn)設(shè)置了光亮傳感器、煙霧傳感器和溫度傳感器。信息處理模塊是核心，它負(fù)責(zé)管理傳感器節(jié)點(diǎn)對自身采集數(shù)據(jù)的存儲和處理或其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送來的數(shù)據(jù)。無線通訊模塊則負(fù)責(zé)與其他傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通訊，能量供應(yīng)模塊負(fù)責(zé)對整個(gè)傳感器網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行進(jìn)行能量的供應(yīng)。

3 結(jié)束語

本文介紹了根據(jù)倉庫火災(zāi)特性構(gòu)建的，基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的倉庫火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。設(shè)計(jì)了一個(gè)具有光亮傳感器、煙霧傳感器和溫度傳感器的多種傳感器的無線傳感器節(jié)點(diǎn)。但要讓無線傳感器網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行并大量投入使用還面臨著許多問題，如：網(wǎng)絡(luò)內(nèi)通信問題、傳感器節(jié)點(diǎn)成本問題、傳感器節(jié)點(diǎn)能量供應(yīng)問題。這些問題的解決，將為實(shí)現(xiàn)高效的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 余成波，李洪兵，陶紅艷.無線傳感器網(wǎng)絡(luò)實(shí)用教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

[2] 吳龍亮，薛楠，權(quán)祎魁，等.基于ZigBee與LabVIEW的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 微型機(jī)與應(yīng)用，2013（22）：53-55.