基于ZigBee技術(shù)的高校宿舍煙霧火警系統(tǒng)

潘健

摘 要：高校宿舍的火警預(yù)防是高校宿舍安全建設(shè)的重要內(nèi)容，及時(shí)準(zhǔn)確的預(yù)警系統(tǒng)可以幫助高校防范于未然。本文采用現(xiàn)今流行的ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)數(shù)量多密集分布的宿舍煙霧火情進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，無線采集煙霧數(shù)據(jù)匯集給宿舍管理端進(jìn)行顯示和處理，如果有火警信號(hào)，宿舍管理端可以通過GSM技術(shù)撥打電話和發(fā)送短信遠(yuǎn)程向管理人員報(bào)警，起到了很好的報(bào)警效果。

關(guān)鍵詞：ZigBee技術(shù) 氣體傳感器 GSM技術(shù)

中圖分類號(hào)：TN92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）11（b）-0012-02

面對(duì)高校各種電子設(shè)備使用不當(dāng)造成火災(zāi)的危害，怎樣預(yù)防是時(shí)下高校迫切需要關(guān)注的話題。使用人工監(jiān)管的方式對(duì)火災(zāi)進(jìn)行監(jiān)視，易于疏忽且不方便，設(shè)計(jì)出一種智能且高效的監(jiān)管檢測(cè)裝置尤為必要。本系統(tǒng)基于ZigBee技術(shù)的無線傳感網(wǎng)進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，通過選用高效的氣體傳感器，對(duì)高校宿舍產(chǎn)生的煙霧火情實(shí)時(shí)監(jiān)控，將氣體傳感器采集到的氣體濃度經(jīng)過一系列的轉(zhuǎn)換，再通過ZigBee路由器進(jìn)行數(shù)據(jù)解析處理，再通過ZigBee協(xié)調(diào)器進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，將這些數(shù)據(jù)發(fā)送給宿舍管理員的電腦監(jiān)控系統(tǒng)，通過數(shù)據(jù)比對(duì)，判斷有害氣體濃度值是否超出預(yù)警值范圍，如果檢測(cè)到的氣體濃度值在預(yù)設(shè)值范圍內(nèi)，則系統(tǒng)繼續(xù)監(jiān)控并實(shí)時(shí)采樣，一旦數(shù)據(jù)顯示超出預(yù)警值，系統(tǒng)立刻發(fā)出聲光報(bào)警，同時(shí)加入的GSM通信模塊也會(huì)以電話及短信的方式報(bào)警，提醒管理員某宿舍發(fā)生了危險(xiǎn)，管理員因此可以防范于未然。在此系統(tǒng)中采用了ZigBee組網(wǎng)技術(shù)和GSM通信技術(shù)，相比傳統(tǒng)有線通信，大大降低了系統(tǒng)施工復(fù)雜度，并且提高了施工的靈活性及系統(tǒng)成本，同時(shí)加入GSM電話及短信提醒使遠(yuǎn)程報(bào)警更加有效，對(duì)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)預(yù)警也具有重要意義。

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

在高校宿舍居住人群比較集中的情況下，通過安裝報(bào)警裝置起到火災(zāi)預(yù)警是很有必要的。安裝無線煙霧火警裝置不受布線困擾，各個(gè)宿舍都可以安裝無線煙霧火警裝置，通過ZigBee無線組網(wǎng)技術(shù)，與宿舍管理端裝置形成一個(gè)可控的網(wǎng)絡(luò)連接。系統(tǒng)被分成兩大部分，分別是宿舍檢測(cè)端和宿舍管理員端，并組成了一個(gè)完整的系統(tǒng)。

根據(jù)總體方案圖顯示，無線煙霧火警裝置安裝在每一個(gè)宿舍，每個(gè)宿舍都相當(dāng)于一個(gè)監(jiān)控點(diǎn)，當(dāng)裝置采集到的煙霧信息以后，無線發(fā)送至管理端的匯聚點(diǎn)，并傳輸?shù)焦芾矶说腜C機(jī)上。當(dāng)檢測(cè)到危險(xiǎn)時(shí)，裝置就會(huì)通過ZigBee無線技術(shù)發(fā)送到宿舍管理終端的電腦上，宿舍管理端收到報(bào)警信息后，宿舍管理員的PC機(jī)上就能通過系統(tǒng)配套的上位機(jī)得知發(fā)生火災(zāi)的具體宿舍號(hào)碼，同時(shí)宿舍端會(huì)發(fā)出聲音報(bào)警提醒管理人員，除此之外，連接在宿舍管理終端上的GSM模塊收到報(bào)警指令后，還將立即撥打報(bào)警電話和發(fā)送報(bào)警短信遠(yuǎn)程通知指定人員。

宿舍安裝的無線煙霧火警裝置在ZigBee技術(shù)中相當(dāng)于路由器角色，主要負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)并允許其他路由節(jié)點(diǎn)的加入。

該裝置信息采集主要依靠MAX30105高敏感度光學(xué)煙霧火焰?zhèn)鞲衅?，?shí)時(shí)采集宿舍煙霧濃度值，一旦檢測(cè)到有煙霧火情，裝置會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警，通過無線單片機(jī)CC2530基于ZigBee技術(shù)向宿舍管理端發(fā)出警報(bào)，提醒管理員有宿舍發(fā)生了火情。

宿舍管理端裝置在ZigBee技術(shù)中相當(dāng)于協(xié)調(diào)器角色，主要負(fù)責(zé)組網(wǎng)和控制網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的加入，接收節(jié)點(diǎn)傳輸過來的數(shù)據(jù)。當(dāng)宿舍管理端的無線單片機(jī)CC2530收到報(bào)警信號(hào)后，啟動(dòng)聲光報(bào)警，PC機(jī)上監(jiān)控軟件立即顯示發(fā)生火情的房間號(hào)碼，同時(shí)通過GSM模塊給指定人員撥打報(bào)警電話和發(fā)送報(bào)警短信，以便在火災(zāi)發(fā)生初期及時(shí)救援。

2 無線報(bào)警系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 ZigBee裝置軟件設(shè)計(jì)

在ZigBee技術(shù)中，為了在應(yīng)用層協(xié)調(diào)器和路由器雙方能夠順利通信，本系統(tǒng)采用了固定格式的通信協(xié)議。通信協(xié)議分為命令幀和應(yīng)答幀，其中命令幀是PC電腦通過協(xié)調(diào)器發(fā)出的，應(yīng)答幀是路由器收到協(xié)調(diào)器的命令幀以后，經(jīng)過相應(yīng)的解析執(zhí)行再返回給協(xié)調(diào)器的數(shù)據(jù)幀。

宿舍管理端裝置上電后，在ZigBee技術(shù)中作為協(xié)調(diào)器角色，開始建立網(wǎng)絡(luò)，分配節(jié)點(diǎn)地址，然后在ZigBee應(yīng)用層依次調(diào)用相應(yīng)函數(shù)，使系統(tǒng)開始工作。

宿舍管理端裝置建立網(wǎng)絡(luò)后開始輪詢是否有無線數(shù)據(jù)系統(tǒng)事件AF_INCOMING_MSG_CMD，進(jìn)而通過SampleApp_MessageMSGCB（）函數(shù)對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析判斷，判斷接收的數(shù)據(jù)是煙霧數(shù)據(jù)還是報(bào)警命令。如果是煙霧數(shù)據(jù)，在此函數(shù)中調(diào)用拷貝函數(shù)memcpy （）函數(shù)將接收緩存區(qū)的數(shù)據(jù)復(fù)制下來，再使用HalUARTWrite （）串口發(fā)送函數(shù)將復(fù)制的煙霧數(shù)據(jù)通過串口發(fā)送到電腦上；如果是火警信息，在此函數(shù)中調(diào)用HalUARTWrite （）串口發(fā)送函數(shù)將報(bào)警信息通過串口發(fā)送給PC電腦，并且驅(qū)動(dòng)聲光報(bào)警器報(bào)警。

宿舍管理端裝置工作后，無線煙霧火警裝置隨之開始工作，它首先加入宿舍管理端裝置創(chuàng)建的網(wǎng)絡(luò)，然后它周期性地檢測(cè)煙霧和火情信息，將感知到的信息發(fā)送給宿舍管理端進(jìn)行信息轉(zhuǎn)發(fā)。

由以上流程圖可知，裝置加入網(wǎng)絡(luò)后，開始啟動(dòng)煙霧檢測(cè)事件，通過osal_start_timerEx（）函數(shù)的設(shè)置，每隔2s檢測(cè)一次煙霧濃度及火情，然后判斷煙霧濃度值是否超標(biāo)。如果超標(biāo)，則通過函數(shù)SendPacket（）將32字節(jié)報(bào)警信息打包，發(fā)送報(bào)警信息給宿舍管理端，然后啟動(dòng)聲光報(bào)警。

2.2 PC端上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)

火情報(bào)警軟件是位于宿舍管理終端連接在PC機(jī)上的管理軟件，該軟件使用C#編程語言進(jìn)行開發(fā)，為了更加直觀管理和發(fā)現(xiàn)火情，從而快速地為撲滅火情做好準(zhǔn)備。該軟件通過PC機(jī)與宿舍管理端裝置連接，及時(shí)從宿舍管理終端接收到火情信號(hào)指令。

火情報(bào)警軟件啟動(dòng)后，需要先查看連接管理終端的串口號(hào)。當(dāng)串口打開以后，后臺(tái)依據(jù)通信格式將自動(dòng)發(fā)送獲取全網(wǎng)地址指令“&WSNRNWyyyyyyyyyyyyyyyy*”，然后可以獲取宿舍節(jié)點(diǎn)的相關(guān)信息。在進(jìn)行管理的時(shí)候，還需要進(jìn)行信息的綁定，將房間號(hào)和對(duì)應(yīng)的宿舍節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)地址綁定起來，并且將綁定表存放到數(shù)據(jù)庫?；鹎閳?bào)警軟件當(dāng)未出現(xiàn)火情報(bào)警的時(shí)候，狀態(tài)是顯示正常的，當(dāng)出現(xiàn)異常時(shí)，它將從數(shù)據(jù)表中通過宿舍節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)地址查詢對(duì)應(yīng)的房間號(hào)，并將房間號(hào)和發(fā)生火情的時(shí)間顯示在上位機(jī)界面上，并存入數(shù)據(jù)庫。當(dāng)異常結(jié)束時(shí)，只有點(diǎn)擊“解除報(bào)警”，狀態(tài)才會(huì)顯示回正常。此外，該軟件還有設(shè)置接收手機(jī)號(hào)和接收短信內(nèi)容的功能，當(dāng)發(fā)生報(bào)警時(shí)，軟件通過GSM串口模塊，將報(bào)警房間號(hào)以短信的形式通知宿舍管理員及撥打宿舍管理員電話。

3 結(jié)語

報(bào)警裝置使用ZigBee技術(shù)組網(wǎng)方式靈活，施工簡(jiǎn)單，穩(wěn)定工作時(shí)間長(zhǎng)，報(bào)警及時(shí)。通過對(duì)該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用，幫高校及時(shí)預(yù)防災(zāi)情的發(fā)生起到了良好的效果。

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