基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線自適應(yīng)火警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)探析

張家興

【摘要】? ? 長(zhǎng)期以來(lái)，火警監(jiān)測(cè)為同人民生命財(cái)產(chǎn)安全、社會(huì)安定密切相關(guān)的問(wèn)題。而樓宇作為人們聚集場(chǎng)所則更應(yīng)重視火警的監(jiān)測(cè)，因此，在樓宇建設(shè)過(guò)程中，重視新技術(shù)及新建設(shè)理念的應(yīng)用，提高火警監(jiān)測(cè)及時(shí)性、有效性尤為重要。本文即圍繞基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線自適應(yīng)火警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)展開(kāi)探討。

【關(guān)鍵詞】? ? ZigBee技術(shù)? ? 無(wú)線自適應(yīng)火警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)? ? 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

引言：

社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展背景下，城市建筑物內(nèi)財(cái)產(chǎn)數(shù)量、人口數(shù)量持續(xù)加大，電器過(guò)載及燃?xì)庑孤┑葐?wèn)題在生活中也并不少見(jiàn)，且呈逐年升高趨勢(shì)。分析現(xiàn)階段建筑物內(nèi)部所裝置的內(nèi)部消防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，多以有線火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為主，目前，國(guó)家針對(duì)無(wú)線火警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)也并未提出明確要求。實(shí)際上，有線火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在實(shí)施過(guò)程中存在建設(shè)周期長(zhǎng)及成本高等特點(diǎn)，而在后期維護(hù)方面也需投入大量時(shí)間及成本，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性較低，而基于ZigBee技術(shù)的無(wú)線自適應(yīng)火警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則可對(duì)傳統(tǒng)火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的不足加以彌補(bǔ)，保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

一、ZigBee技術(shù)闡述

ZigBee技術(shù)為中短距離無(wú)線系統(tǒng)中所應(yīng)用的一種雙向傳輸無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，ZigBee技術(shù)工作頻段主要可分為3個(gè)頻段，分別為915MHz、868MHz及2.14GHz，借助此技術(shù)的應(yīng)用可對(duì)命令的輸入加以控制，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸出，針對(duì)其他傳感器所提出的需求也可予以滿足。以Ad Hoc路由協(xié)議為依據(jù)，ZigBee技術(shù)具備近距離、功耗低及數(shù)據(jù)速率低等諸多特點(diǎn)，還可有效對(duì)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本加以有效控制。此外，借助ZigBee技術(shù)的應(yīng)該用還可實(shí)現(xiàn)一定程度上的網(wǎng)絡(luò)自維護(hù)、網(wǎng)絡(luò)自組織。

二、基于ZigBee技術(shù)設(shè)計(jì)無(wú)線自適應(yīng)火警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)意義

分析現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)諸多樓宇在火災(zāi)預(yù)防方面多以自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、聯(lián)動(dòng)消防裝置為主，但此種模式下將會(huì)存在無(wú)法迅速實(shí)施合理救援、事發(fā)位置鱷無(wú)法準(zhǔn)確掌握及報(bào)警裝置故障頻發(fā)等問(wèn)題，對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅。由此可見(jiàn)，在智能樓宇建設(shè)中，實(shí)現(xiàn)樓宇內(nèi)數(shù)據(jù)信息的高效傳送及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確收集尤為重要，將存在火災(zāi)隱患的位置及時(shí)上報(bào)，此也為今后智能樓宇防火監(jiān)測(cè)體系的重要任務(wù)。ZigBee無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)多應(yīng)用中分布復(fù)雜且地域廣闊的環(huán)境中，還可實(shí)現(xiàn)低點(diǎn)的精準(zhǔn)定位。智能樓宇建設(shè)過(guò)程中，可將一定數(shù)量的節(jié)點(diǎn)布置于樓宇內(nèi)部，借此實(shí)現(xiàn)智能樓宇火災(zāi)隱患的監(jiān)測(cè)，同時(shí)將收集數(shù)據(jù)傳達(dá)至監(jiān)控中心中，分析數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)分析結(jié)果作為依據(jù)，分析火災(zāi)隱患，可有效預(yù)警火災(zāi)，可在智能樓宇內(nèi)部構(gòu)建以數(shù)據(jù)收集為基礎(chǔ)，將數(shù)據(jù)分析為依據(jù)，準(zhǔn)確定位火災(zāi)預(yù)警地址的實(shí)時(shí)ZigBee技術(shù)無(wú)線安全網(wǎng)絡(luò)體系。ZigBee無(wú)線傳感器自適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可對(duì)傳統(tǒng)火災(zāi)安防中所存在的局限性加以突破，為智能樓宇火災(zāi)安防的建設(shè)提供新方向。ZigBee節(jié)點(diǎn)可同樓宇內(nèi)的復(fù)雜環(huán)境良好適應(yīng)，同時(shí)具備精準(zhǔn)的火災(zāi)預(yù)警定位能力，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)信號(hào)，為消防措施的及時(shí)實(shí)施提供條件，還可為疏散人員提供寶貴時(shí)間。除此之外，智能樓宇內(nèi)廣泛分布ZigBee節(jié)點(diǎn)，還可大幅度降低火災(zāi)消防預(yù)警成本。低功率的數(shù)據(jù)信息傳輸可對(duì)樓宇內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)控需求加以滿足。同時(shí)，ZigBee技術(shù)具備獨(dú)特定位能力，還可對(duì)無(wú)死角監(jiān)控及大范圍覆蓋加以保障。

總而言之，將ZigBee-WiFi網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用至智能樓宇火警監(jiān)測(cè)體系中，不僅可拓展自身監(jiān)測(cè)范圍，同時(shí)也可有效加快傳輸效率，強(qiáng)化人員終端聯(lián)絡(luò)效率，上述均為傳統(tǒng)火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的延伸、擴(kuò)展。

三、基于ZigBee技術(shù)設(shè)計(jì)無(wú)線自適應(yīng)火警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)工作原理

無(wú)線自適應(yīng)火警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，利用邊緣為星型的網(wǎng)狀拓?fù)浞绞竭B接路由器、協(xié)調(diào)器及ZigBee節(jié)電，在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍中的某地點(diǎn)產(chǎn)生火警時(shí)，此物理位置附近的傳感器在監(jiān)測(cè)到火警信號(hào)后，利用ZigBee Wireless Sensor Network網(wǎng)絡(luò)傳播信號(hào)，途經(jīng)網(wǎng)關(guān)向PC機(jī)軟件，或手持設(shè)備中傳送信號(hào)，以此完成火警位置的體現(xiàn)。消防人員在進(jìn)入火警現(xiàn)場(chǎng)前應(yīng)裝置移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，借助附近已安裝、固定的位置節(jié)點(diǎn)同移動(dòng)節(jié)點(diǎn)間的信息反饋，幫助消防人員可在火警現(xiàn)場(chǎng)迅速確定火警位置，在此過(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)裝置可將網(wǎng)絡(luò)內(nèi)信息向PC機(jī)傳送，對(duì)移動(dòng)節(jié)點(diǎn)位置、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作情況加以了解。

3.2系統(tǒng)工作特點(diǎn)

從節(jié)點(diǎn)層面分析，各智能型節(jié)點(diǎn)以節(jié)能作為基本條件，同時(shí)具備自檢、定位、聯(lián)動(dòng)、喚醒及休眠等功能特點(diǎn)，通常情況下處于休眠狀態(tài)中，在反應(yīng)附近存在火警情況時(shí)可迅速喚醒，并聯(lián)動(dòng)此系統(tǒng)中的其他節(jié)點(diǎn)，收集各點(diǎn)信息，獲取同火警相關(guān)的全面信息，借此為火災(zāi)事故的及時(shí)處理提供時(shí)間，實(shí)現(xiàn)火警的及時(shí)處理。從系統(tǒng)層面分析，借助此系統(tǒng)的應(yīng)用可同各種復(fù)雜的環(huán)境相適應(yīng)，借助無(wú)線通信的方式還可對(duì)多種應(yīng)用場(chǎng)合的擴(kuò)充、快遞布點(diǎn)相適應(yīng)。同時(shí)，此系統(tǒng)也具備相應(yīng)的自動(dòng)組織及愈合等能力，此系統(tǒng)中即便個(gè)別節(jié)點(diǎn)反應(yīng)遲鈍，也不會(huì)影響整體功能，具備較強(qiáng)可靠性。同時(shí)，火警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也具備相應(yīng)的延展性，在其他領(lǐng)域中也可得以應(yīng)用。

四、火警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能說(shuō)明

ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要PC機(jī)、網(wǎng)關(guān)、路由節(jié)點(diǎn)、目標(biāo)節(jié)點(diǎn)等四部分構(gòu)成，其中PC機(jī)主要負(fù)責(zé)網(wǎng)關(guān)指令的發(fā)送、網(wǎng)關(guān)數(shù)據(jù)的接收，由此實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互目的;網(wǎng)關(guān)主要負(fù)責(zé)將計(jì)算機(jī)所發(fā)送的指令、傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)、路由節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的完成，將所接收的數(shù)據(jù)向計(jì)算機(jī)傳輸;路由節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)當(dāng)網(wǎng)關(guān)無(wú)法同傳感器節(jié)點(diǎn)通信時(shí)，作為傳感器節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)二者間的中介達(dá)成通信任務(wù)，路由通信功能也由此達(dá)成;其中目標(biāo)節(jié)點(diǎn)任務(wù)主要為控制設(shè)備、采集數(shù)據(jù);以溫度、火焰、氣體等為主。

五、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

ZigBee為一種短距離及低功耗的無(wú)線通信技術(shù)，以低復(fù)雜度、低成本及低距離優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于實(shí)踐中，ZigBee技術(shù)實(shí)現(xiàn)中針對(duì)硬件所提出的基本要求為8位處理器，如80c51;軟件需32KB的ROM，即便為最小軟件即為4kB的ROM;針對(duì)網(wǎng)絡(luò)主節(jié)點(diǎn)而言，需更多RAM以容納網(wǎng)絡(luò)內(nèi)諸多節(jié)點(diǎn)的設(shè)備信息、設(shè)備關(guān)聯(lián)表及數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)表。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，為數(shù)據(jù)調(diào)查提供數(shù)據(jù)，為火警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的一項(xiàng)新型功能。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)射頻芯片、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)處理裝置的選擇。我國(guó)無(wú)線頻譜管理相關(guān)規(guī)定，以ZigBee技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，僅能選擇以2.4GHz頻段的器件，將IEEE 802.15.4協(xié)議的片上系統(tǒng)（soc）cc2530作為無(wú)線收發(fā)裝備、處理裝置，融合先進(jìn)的RF收發(fā)裝置的優(yōu)良性能，可將IEEE 802.15.4無(wú)線收發(fā)器兼容至系統(tǒng)中，RF內(nèi)核控制模擬無(wú)線模塊標(biāo)準(zhǔn)的以實(shí)現(xiàn)8051cpu的強(qiáng)化，無(wú)線自適應(yīng)火警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)內(nèi)還可設(shè)計(jì)閃存，8-kB RAM和諸多強(qiáng)大功能，加之CC2530運(yùn)行模式不同，致使此系統(tǒng)可同超低功耗要求相適應(yīng)，還可進(jìn)一步縮短運(yùn)行模式間的轉(zhuǎn)換，借此對(duì)低能源消耗要求相滿足。此外還應(yīng)科學(xué)選擇網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳感器。采集傳感器信息實(shí)則即為對(duì)微控制器、傳感器二者的接口加以處理，利用傳感器將所采集的模擬量向數(shù)字量轉(zhuǎn)變，將信息傳送至微控制裝置中，微控制裝置再結(jié)合所得數(shù)據(jù)信息展開(kāi)相應(yīng)處理。本系統(tǒng)將DHT21作為溫濕度傳感器，將R2868作為火焰?zhèn)鞲醒b置，將MQ-7作為氣體傳感裝置，煙霧傳感器選擇MQ-2，如上四種傳感裝置，向各自對(duì)應(yīng)處理裝置中發(fā)送數(shù)據(jù)，并將四路數(shù)據(jù)共同集中于處理裝置中展開(kāi)決策，融合多傳感裝置，借此還可有助于系統(tǒng)精讀的提升。

六、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要模塊設(shè)計(jì)

6.1驅(qū)動(dòng)控制輸出模塊

智能樓宇具備面積達(dá)且空間復(fù)雜等特點(diǎn)，因此，在實(shí)施過(guò)程中桀紂有線電源難以對(duì)系統(tǒng)供電需求加以滿足，為保障系統(tǒng)正確運(yùn)行，可將脈沖式電磁閥應(yīng)用至系統(tǒng)供電中，此電磁閥無(wú)需長(zhǎng)久供電，僅借助瞬間的脈沖信號(hào)便可對(duì)電磁閥開(kāi)關(guān)加以控制，在智能樓宇中具備較高適用性。通常情況下脈沖式電磁閥工作電壓多為40V-12V，主要由黑線、紅線、白線三者共同控制，其中公共端接入線為白線，在紅線、白線間脈沖信號(hào)高于12V時(shí)，便可打開(kāi)電磁閥，當(dāng)黑線、白線二者產(chǎn)生脈沖信號(hào)時(shí)，則可關(guān)閉電磁閥。

6.2存儲(chǔ)電路模塊

鐵存儲(chǔ)器（FRAM）為一種非易失性隨機(jī)存取儲(chǔ)存器，除可存儲(chǔ)非易失性數(shù)據(jù)外，還可具備RAM相同的操作功能。因此，此系統(tǒng)中選用FM25L256鐵存儲(chǔ)器，此存儲(chǔ)器可以總線速度展開(kāi)操作，不會(huì)存在延時(shí)問(wèn)題，僅需數(shù)百納秒即可。芯片中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)后，進(jìn)入下一個(gè)總線周期時(shí)，便可即可展開(kāi)，在此過(guò)程中無(wú)需再展開(kāi)數(shù)據(jù)輪詢活動(dòng)。

除此之外，F(xiàn)M25L256讀寫(xiě)次數(shù)不受限制，具備低能耗特點(diǎn)，工作電壓處于3.6V-2.7V間，運(yùn)行過(guò)程中的工作靜態(tài)電流僅為5μA。

6.3實(shí)時(shí)時(shí)鐘模塊

此系統(tǒng)中的時(shí)鐘模塊以PCF8563時(shí)鐘芯片作為主要器件，為能耗較低的CMOS日歷芯片及實(shí)時(shí)時(shí)鐘，可提供1個(gè)掉電檢測(cè)裝置、中斷輸出裝置、可編程時(shí)鐘輸出裝置，全部數(shù)據(jù)、地址均以I2C總線接口展開(kāi)傳行傳遞。無(wú)線自適應(yīng)火警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中借助芯片的應(yīng)用，可提供一定時(shí)間基準(zhǔn)，結(jié)合設(shè)置完成數(shù)據(jù)的采集，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器定時(shí)存入，還可對(duì)微控制裝置自動(dòng)喚醒，自動(dòng)收集數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片的多種需求加以收集。

七、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，及時(shí)、有效、準(zhǔn)確的無(wú)線自適應(yīng)火警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建在人民生命財(cái)產(chǎn)安全保障中發(fā)揮著重要作用，因此，樓宇建設(shè)人員在智能樓宇建設(shè)中需引入先進(jìn)技術(shù)，如可將具備低能耗、分布范圍廣的ZigBee技術(shù)同火警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有機(jī)融合，借此推動(dòng)先進(jìn)的無(wú)線自適應(yīng)火警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)建，提高智能樓宇安全性，保障人民安全。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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