淺談基于ZigBee技術(shù)的樓宇電氣火災(zāi)定位技術(shù)

◆徐亞光

淺談基于ZigBee技術(shù)的樓宇電氣火災(zāi)定位技術(shù)

◆徐亞光

（邢臺(tái)技師學(xué)院 河北 054000）

隨著現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜，建筑中所搭載的設(shè)備越來(lái)越多，導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)的概率越來(lái)越高。而一旦發(fā)生火災(zāi)，如若無(wú)法對(duì)著火進(jìn)行定位以及滅除，勢(shì)必會(huì)造成嚴(yán)重的后果。ZigBee技術(shù)的樓宇電氣火災(zāi)定位技術(shù)大大提升了對(duì)樓宇火點(diǎn)定位以及消除效率，故本文就該方面展開(kāi)討論，以期對(duì)相關(guān)部門(mén)有所幫助。

樓宇火災(zāi)；定位；ZigBee

近年來(lái)，隨著人們生活水平的不斷提升，新型智能家電設(shè)備等在人們?nèi)粘Ｕf(shuō)中的應(yīng)用越來(lái)越普遍。而為了滿(mǎn)足大眾不同的用電需求，樓宇的電力布線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)以及供電負(fù)荷越來(lái)越高。僅就2015年相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，電氣火災(zāi)占比總的火災(zāi)事件高達(dá)三成左右，這也同時(shí)導(dǎo)致了許多人員以及財(cái)產(chǎn)的損失。如若可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情并迅速定位實(shí)施撲救，勢(shì)必可以有效降低電氣火災(zāi)發(fā)生概率，從而為人們生活等提供更可靠的保障。因此有必要就火災(zāi)定位技術(shù)展開(kāi)討論，從而為現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展貢獻(xiàn)自己的一份力量。

1 ZigBee定位技術(shù)分析

包括RSSI、AOA以及TDOA技術(shù)等均是ZigBee常見(jiàn)的定位技術(shù)形式。由于傳感器設(shè)備自身存在通信作用，且芯片搭載測(cè)量RSSI結(jié)果的功效，因此RSSI技術(shù)和其他測(cè)距技術(shù)對(duì)比，在功耗以及成本等方面勢(shì)必更低。因此此次系統(tǒng)主要基于RSSI技術(shù)實(shí)現(xiàn)火災(zāi)點(diǎn)的定位。

通過(guò)對(duì)方程求解即可得到具體的x以及y值。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其功能

在ZigBee系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)需要用到兩個(gè)不同的設(shè)備即FFD以及RFD，這兩個(gè)不同的設(shè)備需要用到下述三個(gè)不同的節(jié)點(diǎn)類(lèi)型，協(xié)調(diào)器、終端節(jié)點(diǎn)以及路由器。而這之中協(xié)調(diào)器主要基于一個(gè)FFD構(gòu)成，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的根基，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和地址的派發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)以ZigBee規(guī)范為基礎(chǔ)的大量服務(wù)。路由器也是一個(gè)簡(jiǎn)單的全功能設(shè)備，主要用于對(duì)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)現(xiàn)，對(duì)一些新進(jìn)路由的終端點(diǎn)位，為其派發(fā)具體地址信息。終端點(diǎn)位則是ZigBee網(wǎng)絡(luò)中最為基礎(chǔ)的節(jié)點(diǎn)，可以使全功能設(shè)備或者半功能設(shè)備等。該系統(tǒng)主要使用在樓宇智能房間以及過(guò)道走量等現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境較為復(fù)雜的情況下，因此ZigBee網(wǎng)絡(luò)使用的成本相對(duì)較低以及可應(yīng)用面積更廣的樹(shù)形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中。終端節(jié)點(diǎn)基于RFD只可以和從屬于自己的副節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。系統(tǒng)主要分為三個(gè)不同的構(gòu)成部分，分別是通信組件、控制組件以及ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)組件。而其中的ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)組件則是此次研究的重點(diǎn)，主要用于對(duì)具體火災(zāi)位置的監(jiān)控定位，主要由參考節(jié)點(diǎn)、盲節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)以及協(xié)調(diào)器單元組成。如前文所述，定位過(guò)程中最后盲節(jié)點(diǎn)需要將自己的具體坐標(biāo)信息等傳遞至無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān)單元，隨后網(wǎng)關(guān)利用GPRS通信網(wǎng)絡(luò)與外網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)與控制，這樣相關(guān)人員利用網(wǎng)絡(luò)即可及時(shí)了解到火災(zāi)點(diǎn)位等情況。除此之外，我們還可以基于無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)的火情、溫濕度情況以及有害物質(zhì)含量等傳遞至數(shù)據(jù)中心，幫助撲救人員等對(duì)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)有更為全面的了解。

3 系統(tǒng)構(gòu)成分析

整個(gè)系統(tǒng)主要由四個(gè)不同的組件構(gòu)成，分別為傳感器單元、電源單元、MCU單元以及無(wú)線(xiàn)通信單元。其中傳感器單元主要用于對(duì)實(shí)際監(jiān)測(cè)區(qū)域的信息以及數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)轉(zhuǎn)化、MCU單元?jiǎng)t主要用于處理數(shù)據(jù)、控制并存儲(chǔ)相關(guān)信息、無(wú)線(xiàn)通信單元?jiǎng)t主要用于和其他節(jié)點(diǎn)之間的無(wú)線(xiàn)通信，電源模塊單元?jiǎng)t主要為其他三個(gè)單元提供必要的能源基礎(chǔ)，以供整個(gè)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。無(wú)線(xiàn)通信單元主要采用2.4GHz的射頻發(fā)射裝置CC2420芯片，其工作性能穩(wěn)定且能耗要求不高。整個(gè)芯片中共包含四個(gè)SPI通訊接口，依次為CSn、SO、SCLK以及SI。

ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，針對(duì)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)單元，首先應(yīng)當(dāng)對(duì)其開(kāi)展初始化作業(yè)，包括CC2420以及Z-Stack規(guī)范等進(jìn)行全部的初始化操作。隨后借助協(xié)調(diào)器對(duì)信道實(shí)施掃描并構(gòu)建新的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，以及新的網(wǎng)絡(luò)中的ID編號(hào)與頻道號(hào)，之后協(xié)調(diào)器便進(jìn)入了監(jiān)控工作模式。當(dāng)接收到有關(guān)節(jié)點(diǎn)需要入網(wǎng)的申請(qǐng)時(shí)，則對(duì)其進(jìn)行必要的處理以及添加設(shè)置。RFD節(jié)點(diǎn)通電以及初始化之后，主要用于對(duì)整個(gè)大樓中的電氣部分，包括線(xiàn)路的溫度、電壓、電流等各個(gè)參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)控，并連續(xù)不間斷的開(kāi)展掃描，搜索周邊的網(wǎng)絡(luò)信息，加入其中一個(gè)網(wǎng)絡(luò)之中。此時(shí)協(xié)調(diào)器以及路由器等終端則作為父節(jié)點(diǎn)，并加入休眠工作模式。當(dāng)接受到來(lái)自路由器以及協(xié)調(diào)器等等指令時(shí)，會(huì)被再度喚醒，從而進(jìn)入無(wú)線(xiàn)收發(fā)工作狀態(tài)。在實(shí)際程序的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，需要對(duì)Z-Stack規(guī)范上實(shí)現(xiàn)定位算法的代碼嵌入。Z-Stack則是ZigBee核心協(xié)議程序，是以ZigBee技術(shù)為基礎(chǔ)的火災(zāi)定位系統(tǒng)軟件程序的關(guān)鍵構(gòu)成一部分。針對(duì)數(shù)據(jù)中心的管理程序設(shè)計(jì)時(shí)主要采用VC++進(jìn)行開(kāi)發(fā)，前端是與用戶(hù)交互的主界面，后臺(tái)則是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的具體管理。相關(guān)管理人員依據(jù)用戶(hù)界面可以觀(guān)察到的各個(gè)點(diǎn)的相關(guān)信息，當(dāng)觀(guān)察結(jié)果符合超過(guò)規(guī)定的界限值以及達(dá)到觸發(fā)時(shí)間兩個(gè)基本條件的情況下，系統(tǒng)隨即會(huì)發(fā)出相關(guān)告警信息，告警指示燈點(diǎn)亮，并標(biāo)明具體的報(bào)警點(diǎn)位，通知有關(guān)消防人員開(kāi)展火災(zāi)撲救活動(dòng)。全部的監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)訊息和分析結(jié)果均會(huì)存儲(chǔ)至系統(tǒng)后臺(tái)被妥善管理，以便用戶(hù)可以隨時(shí)依據(jù)自身需要進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的調(diào)取。

4 結(jié)束語(yǔ)

與傳統(tǒng)的建筑形式有所不同，現(xiàn)代樓宇建筑其內(nèi)部結(jié)構(gòu)尤為復(fù)雜，光是電氣線(xiàn)路布置以及線(xiàn)路搭載的用電負(fù)荷就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出以往許多。加上現(xiàn)代用電環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，因此樓宇火災(zāi)發(fā)生概率大大增加，尤其是基于電氣原因?qū)е碌幕馂?zāi)事件越來(lái)越頻繁。如若不能有效解決該問(wèn)題，降低火災(zāi)發(fā)生率勢(shì)必會(huì)給當(dāng)?shù)厣鐣?huì)等造成嚴(yán)重的影響?；赯igBee技術(shù)的樓宇電氣火災(zāi)定位技術(shù)相較于其他形式的火災(zāi)定位技術(shù)可靠性以及準(zhǔn)確性等各個(gè)方面均有了較大的提升，因此適用于現(xiàn)代樓宇建筑中，能夠及時(shí)地?fù)渚然馂?zāi)，降低火勢(shì)惡化概率，減少火情造成的后果。未來(lái)隨著物聯(lián)網(wǎng)理念的不斷普及，相信越來(lái)越多的家庭用戶(hù)會(huì)充斥著大量的現(xiàn)代化智能家電設(shè)備或者企業(yè)中有大量的智能設(shè)備，這也大大增加了電氣火災(zāi)的隱患，尤其是老式建筑的電氣火災(zāi)隱患，故而針對(duì)樓宇電氣火災(zāi)的智能化定位技術(shù)勢(shì)必在未來(lái)有著非常廣闊的應(yīng)用前景，相關(guān)部門(mén)應(yīng)當(dāng)引起關(guān)注并積極探索更優(yōu)于ZigBee的定位技術(shù)，進(jìn)一步提升對(duì)火災(zāi)等的撲救效力，降低火災(zāi)帶來(lái)的負(fù)面影響。

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