基于ZigBee技術(shù)的天燃?xì)庑孤稒z測(cè)及火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

胡晗　吳學(xué)軍　朱娟

【摘 要】針對(duì)傳統(tǒng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)電路復(fù)雜、布線多和靠性差的缺陷，利用ZigBee無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，避免在復(fù)雜環(huán)境中的布線;通過(guò)天燃?xì)庑孤秱鞲衅鳈z測(cè)火災(zāi)隱患，通過(guò)紅外線測(cè)溫傳感器、亮度傳感器以及煙霧傳感器檢測(cè)火災(zāi)的發(fā)生，并迅速獲得火災(zāi)發(fā)生的具體位置，進(jìn)而迅速采取措施將火災(zāi)損失降到最低。

【關(guān)鍵詞】ZigBee技術(shù);天然氣泄漏檢測(cè);火災(zāi)報(bào)警

中圖分類號(hào)： TP277 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）10-0038-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.10.013

Design of Gas Leak Detection and Fire Alarm System Based on ZigBee Technology

HU Han WU Xue-jun ZHU Juan

（Hubei University of Arts and Science，Xiangyang Hubei 441053，China）

【Abstract】In accordance with the defect of complex circuit、Wiring more and low reliability of traditional fire alarm system，ZigBee wireless data transmission technology is used to avoid wiring in complex environment;gas leakage sensor can detect hidden fire hazards;infrared temperature sensor，brightness sensor and smoke sensor can find fire occurrence， and the specific location of fire occurrence is quickly obtained，these measures could minimize the fire damage.

【Key words】ZigBee technology;Gas leakage detection;Fire alarm

0 引言

隨著現(xiàn)代化城市布局的擴(kuò)大和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大的工廠車間，大型倉(cāng)庫(kù)、超市以及高層建筑物比比皆是， 這些場(chǎng)所由于天然氣、家用電器設(shè)備和公用電器設(shè)備使用中出現(xiàn)的可燃?xì)怏w泄露、電氣設(shè)備過(guò)載、過(guò)熱、短路等不安全因素，均具有火災(zāi)隱患，重特大火災(zāi)發(fā)生概率呈上升趨勢(shì)?，F(xiàn)代火災(zāi)已呈現(xiàn)出立體化、復(fù)雜化、多樣化的趨勢(shì)，對(duì)人民的生命和財(cái)產(chǎn)造成很大的威脅和損失。

有效的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)成為保護(hù)人身生命財(cái)產(chǎn)安全的重要設(shè)施。現(xiàn)在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的形式多種多樣，一般可以分為三種，即智能型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、全總線型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)和兩者都有的綜合型火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)[1]。傳統(tǒng)的報(bào)警系統(tǒng)由于電路復(fù)雜、布線多、可靠性差，已經(jīng)逐漸被總線型報(bào)警系統(tǒng)取代，這種自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)己采用微處理器控制，通過(guò)總線與控制器實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳送，它同以前的產(chǎn)品相比有了很大的飛躍，布線工作顯著減少，安裝調(diào)試變得容易，降低了安裝和維修費(fèi)用，目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)大多數(shù)為此類產(chǎn)品。但隨著社會(huì)的發(fā)展，這一系統(tǒng)已逐漸暴露出它的問(wèn)題。由于采用了有線連接，線路容易老化或遭到腐蝕、磨損，系統(tǒng)耗材多、造價(jià)高、功耗大、擴(kuò)展能力差、設(shè)計(jì)、施工與維護(hù)復(fù)雜，在火災(zāi)發(fā)生前后不能有效地發(fā)揮其作用[2-3]。

解決這些問(wèn)題的最佳方法就是取消硬線連接，使用可以即插即用的無(wú)線系統(tǒng)。主要的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有藍(lán)牙技術(shù)、紅外線技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)等，這些技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)?；馂?zāi)報(bào)警系統(tǒng)除了要求具有較好的可靠性，穩(wěn)定性和實(shí)時(shí)性外，還希望火災(zāi)報(bào)警器的成本較低，方便大規(guī)模地在倉(cāng)庫(kù)、樓宇內(nèi)布置節(jié)點(diǎn)，但藍(lán)牙技術(shù)集成復(fù)雜，成本高通信距離短，紅外線技術(shù)只能在兩種設(shè)備之間連接，Wi-Fi技術(shù)功耗大，都不適用于火災(zāi)報(bào)警。而ZigBee技術(shù)由于低功耗，低成本，組網(wǎng)能力強(qiáng)，成為火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的最佳選擇。

1 ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介

ZigBee是基于IEEE802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的低功耗個(gè)域網(wǎng)協(xié)議，其特點(diǎn)是近距離、低復(fù)雜度、自組織、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本，主要適合用于自動(dòng)控制和遠(yuǎn)程測(cè)控領(lǐng)域，可以嵌入各種設(shè)備[4]。ZigBee節(jié)點(diǎn)所屬類別主要分三種，分別是協(xié)調(diào)器（Coodinator）、路由器（Router）、終端（End Device）。同一網(wǎng)絡(luò)中至少需要一個(gè)協(xié)調(diào)器，也只能有1個(gè)協(xié)調(diào)器，負(fù)責(zé)各個(gè)節(jié)點(diǎn)，16 位地址分配（自動(dòng)分配），理論上可以連上65536個(gè)節(jié)點(diǎn)，ZigBee標(biāo)準(zhǔn)指定了三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌盒切汀?shù)型和網(wǎng)狀網(wǎng)[5]，如圖1所示。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)主要由ZigBee無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)、本地監(jiān)測(cè)中心等部分組成。無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)由無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)、路由器、網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器組成。系統(tǒng)工作時(shí)，協(xié)調(diào)器負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)初始化和建網(wǎng)，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)上電后自動(dòng)搜尋并加入網(wǎng)絡(luò)，這樣就完成了ZigBee網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖2所示：

3 硬件設(shè)計(jì)

3.1 ?無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計(jì)

無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)的主要任務(wù)就是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)檢測(cè)到天然氣泄漏、或者感知火災(zāi)發(fā)生時(shí)，及時(shí)通過(guò)CC2530將報(bào)警信息和位置發(fā)送至路由器節(jié)點(diǎn)，再由路由器節(jié)點(diǎn)傳遞給協(xié)調(diào)器，最后由監(jiān)測(cè)中心發(fā)出報(bào)警，并顯示出具體位置，無(wú)線傳感器節(jié)點(diǎn)模塊框圖如圖3所示。

3.2 協(xié)調(diào)器及監(jiān)測(cè)中心節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)