居民小區(qū)無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

漳州臺(tái)商投資區(qū)公安消防大隊(duì) 莊文卿 龔哲松

居民小區(qū)無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

漳州臺(tái)商投資區(qū)公安消防大隊(duì) 莊文卿 龔哲松

居民小區(qū)無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要遵循當(dāng)前《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，嚴(yán)格遵守科學(xué)的設(shè)計(jì)原則，以產(chǎn)品質(zhì)量管理為中心，加強(qiáng)過(guò)程質(zhì)量控制，及早發(fā)現(xiàn)編碼錯(cuò)誤等常見(jiàn)差錯(cuò)，系統(tǒng)硬件包括路由節(jié)點(diǎn)、物業(yè)監(jiān)控中心、探測(cè)傳感終端三個(gè)組成部分，軟件部分的設(shè)計(jì)主要分為下機(jī)位軟件、上機(jī)位軟件，前者主要包括節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)，后者主要包括串口通訊設(shè)計(jì)、PC監(jiān)控設(shè)計(jì)。系統(tǒng)管理員需要掌握基本的系統(tǒng)架構(gòu)特點(diǎn)，學(xué)會(huì)排查故障，確保系統(tǒng)正常運(yùn)行。

居民小區(qū)；無(wú)線技術(shù)；火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)

火災(zāi)是一種常見(jiàn)的災(zāi)害事件，也是城市、居民小區(qū)常見(jiàn)的災(zāi)害，《中國(guó)消防年鑒》顯示我國(guó)火災(zāi)的年發(fā)生例呈上升趨勢(shì)，每年造成的經(jīng)濟(jì)損失超過(guò)500億元。發(fā)生在居民小區(qū)的火災(zāi)嚴(yán)重威脅居民的生命財(cái)產(chǎn)安全。在我國(guó)居民小區(qū)的火災(zāi)安全系統(tǒng)建設(shè)水平不盡相同，絕大對(duì)數(shù)未能達(dá)到理想的標(biāo)準(zhǔn)，特別是許多老舊居民小區(qū)，基本無(wú)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。從火災(zāi)發(fā)生的周期來(lái)看，引燃期、發(fā)展期是滅火的黃金時(shí)期，及時(shí)報(bào)警，有助于居民疏散，及時(shí)開展滅火活動(dòng)，從而降低火災(zāi)蔓延風(fēng)險(xiǎn)，降低火災(zāi)的損失。近年來(lái)，無(wú)線技術(shù)發(fā)展迅速，為開展無(wú)限傳輸火災(zāi)報(bào)警創(chuàng)造了條件。

1 無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

當(dāng)前開源的電子元件較多，無(wú)限傳輸技術(shù)、火災(zāi)探測(cè)電子狗與電子鼻技術(shù)也基本成熟，為設(shè)計(jì)無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的創(chuàng)造了條件。無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)幾乎無(wú)硬件障礙，但需要考慮系統(tǒng)的可靠性，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行、報(bào)警及時(shí)準(zhǔn)確、抗干擾性強(qiáng)，需要嚴(yán)格要求設(shè)計(jì)的質(zhì)量[1]。設(shè)計(jì)需要遵循以下原則：①按照生命周期進(jìn)行管控；②堅(jiān)持開展階段評(píng)審，避免出現(xiàn)軟件、編碼相關(guān)的差錯(cuò)；③嚴(yán)格控制產(chǎn)品的開發(fā)過(guò)程，確保各個(gè)配置成分一致；④現(xiàn)代化程序設(shè)計(jì)，提高軟件的設(shè)計(jì)效率?；诖税凑铡痘馂?zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50116-2013）中的相關(guān)條路，設(shè)計(jì)的規(guī)范包括以下幾個(gè)方面：①火災(zāi)抱報(bào)警控制器安置在家中，啟動(dòng)裝置安置在公共部位；②住宅內(nèi)的報(bào)警控制器需連接到控制中心監(jiān)控設(shè)備；③每間臥室、起居室都需要有一個(gè)感煙火災(zāi)探測(cè)器；④廚房需要根據(jù)燃?xì)獾念愋?，增加甲烷等氣體成分探測(cè)器，同時(shí)能夠在管道閥門等部位選擇功能探測(cè)器；⑤每個(gè)住戶都能夠獨(dú)立設(shè)置報(bào)警控制器，必要時(shí)進(jìn)行視頻對(duì)話；⑥每臺(tái)報(bào)警器覆蓋樓層不應(yīng)超過(guò)3層。對(duì)于可燃?xì)怏w的探測(cè)報(bào)警應(yīng)包括氣體探測(cè)器、報(bào)警控制器和火災(zāi)聲光警報(bào)器[2]。目前已有較大的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如《智能建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》GB/T、50314、《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)施工以及驗(yàn)收規(guī)范》GB5016，這些都是設(shè)計(jì)者需要堅(jiān)持的原則。

對(duì)于無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)，布線是一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，若布線不合理，不利于系統(tǒng)內(nèi)部信息傳遞，當(dāng)前的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)一般采用總線布線方式，存在許多弊端，采用遙感技術(shù)是大勢(shì)所趨。無(wú)限傳感網(wǎng)絡(luò)體積小、成本低，可任意布置在監(jiān)控區(qū)域，采用MSN無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，能夠有效的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)采集、接收。無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)通信半徑小，占用的帶寬低，節(jié)點(diǎn)數(shù)量大且能夠擴(kuò)充、耗電量低、電源壽命長(zhǎng)、健網(wǎng)成本低、具有較好的自適應(yīng)性。在無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)節(jié)點(diǎn)類似于天線，采集監(jiān)控的范圍信息，在大部分時(shí)間下處于休眠狀態(tài)，通電狀態(tài)下能夠感受到傳感節(jié)點(diǎn)傳遞的信息，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸給管理節(jié)點(diǎn)[3]。目前考慮使用微型傳感節(jié)點(diǎn)嵌入方式接入無(wú)限傳感網(wǎng)絡(luò)，采用紐扣電池提供能源。常用的無(wú)線通信技術(shù)主要包括WiFi、藍(lán)牙、近距離無(wú)線傳輸、超寬帶通信、ZigBee技術(shù)，對(duì)于家庭無(wú)線網(wǎng)火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)而言，WiFi網(wǎng)絡(luò)功耗大，構(gòu)建以及后期維護(hù)成本好，藍(lán)牙傳輸范圍小，節(jié)點(diǎn)功耗大，UWB通信距離小，NFC傳輸距離無(wú)法滿足要求，故選擇功效低、傳輸距離適合、成本低的ZigBee技術(shù)。

綜上所述，根據(jù)《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》得改標(biāo)準(zhǔn)，選擇B類系統(tǒng)，即有物業(yè)集中監(jiān)控的住宅建筑，采用控制中心監(jiān)控設(shè)備、家用火災(zāi)報(bào)警器、家用火災(zāi)探測(cè)器、火災(zāi)警報(bào)器器等設(shè)備組成。根據(jù)火災(zāi)的發(fā)生時(shí)期，在初期以助燃為主，有少量煙霧、散熱較小，采用煙霧探測(cè)器，火勢(shì)發(fā)展迅猛，強(qiáng)烈火焰輻射，則采用火焰探測(cè)器。根據(jù)居民區(qū)內(nèi)容易發(fā)生火災(zāi)的隱患，發(fā)生火災(zāi)后的火災(zāi)發(fā)展特征，安裝合適類型的火災(zāi)探測(cè)器[4]。需注意的是，火災(zāi)探測(cè)器產(chǎn)品的質(zhì)量問(wèn)題層出不窮，即使是相同設(shè)計(jì)的探測(cè)器靈敏性也不盡相同，購(gòu)入探測(cè)器需要確保質(zhì)量，進(jìn)行靈敏度測(cè)試。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于將探測(cè)器與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接，讓探測(cè)器信號(hào)能夠經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中轉(zhuǎn)傳輸?shù)叫^(qū)物業(yè)公司的監(jiān)控中心。系統(tǒng)硬件包括路由節(jié)點(diǎn)、物業(yè)監(jiān)控中心、探測(cè)傳感終端三個(gè)組成部分。對(duì)于硬件的選擇，考慮到小區(qū)火災(zāi)可燃物主要為電氣、燃?xì)猓瑫r(shí)考慮到誤報(bào)情況，可選擇氣體傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器配合，電壓比較器可進(jìn)行邏輯分析，判斷是否出現(xiàn)電火災(zāi)。基本選擇以下：探測(cè)器MQ-2煙霧傳感器，MQ-9燃?xì)鈧鞲衅?，SPS532CA傳感器，電壓比較器LMEE9N，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備CC2530 ZigBee協(xié)調(diào)器、路由器、終端節(jié)點(diǎn)。對(duì)于電路的設(shè)計(jì)，應(yīng)包括探測(cè)電路、電壓比較器電路、CC2530模塊組、無(wú)線收發(fā)器、收發(fā)天線、報(bào)警器等，探測(cè)器探測(cè)到火災(zāi)后，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)量，傳遞到CC250模塊組，后者經(jīng)收發(fā)器將數(shù)字信號(hào)傳遞出去。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

軟件部分的設(shè)計(jì)主要分為下機(jī)位軟件、上機(jī)位軟件，前者主要包括節(jié)點(diǎn)、協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)、路由器節(jié)點(diǎn)、終端節(jié)點(diǎn)，后者主要包括串口通訊設(shè)計(jì)、PC監(jiān)控設(shè)計(jì)。以串口通訊為例，數(shù)據(jù)傳輸僅僅需要MSComm控件，通訊程序簡(jiǎn)單，采用事件驅(qū)動(dòng)方式，根據(jù)上位機(jī)主體流程，系統(tǒng)啟動(dòng)后，進(jìn)入登錄界面，輸入帳號(hào)密碼，進(jìn)入監(jiān)控系統(tǒng)界面，能夠設(shè)計(jì)監(jiān)控的內(nèi)容。需注意的是，一個(gè)信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)約半數(shù)的故障都發(fā)生在軟件領(lǐng)域，需做好軟件編碼過(guò)程中的管理，避免完工后出現(xiàn)再發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，這會(huì)極大的浪費(fèi)設(shè)計(jì)的時(shí)間[5]。軟件設(shè)計(jì)需要確保有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，維護(hù)簡(jiǎn)單，許多社區(qū)的物業(yè)管理人員并沒(méi)有專業(yè)的專業(yè)知識(shí)，主要負(fù)責(zé)進(jìn)行PC監(jiān)控，軟件系統(tǒng)需要有較高的集控特性，PC監(jiān)控者，能夠方便的了解各個(gè)監(jiān)控點(diǎn)、傳感器的數(shù)據(jù)情況，從而分析是否存在火災(zāi)安全隱患。需要集成一個(gè)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，能夠自動(dòng)識(shí)別事故隱患，如某點(diǎn)的燃?xì)鈧鞲衅鲾?shù)據(jù)異常，盡管未達(dá)到報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)，但縱向比較監(jiān)測(cè)濃度水平持續(xù)上升，提示可能存在隱藏的泄漏點(diǎn)，或部分用于燃?xì)馐褂貌划?dāng)。

3 小結(jié)

居民小區(qū)無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)的思路并不復(fù)雜，當(dāng)前可供選擇的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、硬件設(shè)備、軟件編寫工具較多，研發(fā)一種系統(tǒng)應(yīng)將其作為項(xiàng)目來(lái)看，科學(xué)的分析系統(tǒng)的需求，科學(xué)設(shè)計(jì)，合理的規(guī)范硬件布局，做好軟件的編寫，提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，完善細(xì)節(jié)，降低故障發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)還需要設(shè)計(jì)者本事對(duì)火災(zāi)的發(fā)生特征、居民火災(zāi)隱患、各類硬件與技術(shù)的特性有清醒的認(rèn)識(shí)，否則輕則網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)密度過(guò)低信息傳輸不暢的小問(wèn)題，重則可能會(huì)因此影響火災(zāi)報(bào)警的效率。

[1]董文輝,王力,余廣智,梅志斌.無(wú)線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].消防科學(xué)與技術(shù),2016(04):552-555.

[2]王宇寧,許建明,李忠,粟成發(fā).基于單片機(jī)無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2015(10):26+28.

[3]楊鵬.基于單片機(jī)的無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].工業(yè)加熱,2015(04): 43-46.

[4]馮軍,陳文波,王超,黃智偉.基于無(wú)線射頻的小區(qū)火警報(bào)警系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[J].中國(guó)科技信息,2015(05):94-95.

[5]魏熾旭.基于nRF24L01的無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電子制作,2014(03):53-55.