基于ZigBee技术的火灾自动报警系统

1、 基于ZigBee技术的火灾自动报警系统112汪洋文杰 王 楠 司轶芳(1.北京中外建建筑设计有限公司 西北分公司 陕西 西安 710075;2.西安建筑科技大学 信息与控制工程学院 陕西 西安 710055摘 要提出ZigBee 技术在火灾自动报警系统的应用。以ZigBee 的特点和优势为依据,详细介绍ZigBee 技术在火灾自动报警系统中的应用,论述该系统设计方案及硬件设计方案。可以提高火灾报警的可靠性、灵活性以及降低安装、运行成本。关键词ZigBee 火灾自动报警系统中图分类号:TP2 文献标识码:A 文章编号:1671-7597(20090920030-02一、引言 火灾自动报警系统(

2、FAS 是楼宇自控系统(BAS 的分系统,服务于楼宇自控系统,它可以及时发现和通报火情,并采取有效措施控制,提高建筑物的防灾自救能力。目前主要的火灾自动报警系统大多采用有线方式构建火灾传感器网络,这类方式耗材多、施工与维护复杂,扩展能力差,线路容易老化或腐蚀、磨损,故障发生率高线,并且不易排查修理。新兴的无线传感技术,图2 Zigbee 火灾自动报警网络拓扑图在传感器网络构建、维护方面都有着有线方式无可比拟的优势,成为火灾建立基于ZigBee 的火灾自动报警系统,首先要建立一个ZigBee 无线骨报警系统的重要发展方向。干网络,见图2。ZigBee 无线骨干网络中每个主节点根据防火监控区域的分

3、用于楼宇及建筑物内的无线火灾自动报警系统需采用的是低成本、低布进行合理设置,并通过调整位置或发射功率使它们之间可以进行相互通功耗、小体积、短距离通信。ZigBee 技术的出现就解决了这些问题。信。每个主节点不仅本身可以与传感器连接直接进行数据采集和监控,还ZigBee 是一种低速短距离、双向无线通信技术,扩展性强、功耗极低、系可以自动中转其他网络节点传过来的数据。每个网络节点间的距离可以根统构成简单,组网方式灵活。将ZigBee 传感器网络和人工智能结合,可大据实际测试情况进行调整,可以从10m 左右到扩展后的几百米。大提高火灾报警的可靠性,与其他无线网络技术比较,它更适合于组建大子节点(传感

4、器节点分布于需要检测的区域,负责对数据的感知和范围、传输数据量小的无线火灾报警网络。处理,采用数据融合技术作出预报警判断,将数据预报警判断结果通过无二、无线火灾自动报警系统线射频信号发射出去,在接到执行命令时完成相应的灭火工作;汇集节点(一系统总体结构接收所覆盖的传感器节点和路由节点发出的无线射频信号,通过RS232送入无线传感器将探测到的火灾信号通过Zigbee 无线通信模块发送至数据监控主机,同时将监控主机的命令发送出去。集中器,数据集中器将收集到得数据送至火灾监控中心,再由火灾监控中火灾监控中心是整个网络的控制和管理中心,负责整个系统的控制和心对这些数据进行处理和统计评估,根据预先设定的

5、有关规则,将这些数数据的处理及决策等。监控主机通过串口接收无线网络采集的数据,实时据转换为适当的报警动作,相应的发出警报,例如:产生少量烟,但温度显示并存储。同时支持对数据库的有条件查询、增加或删除记录等管理;急剧上升发出警报I ;产生少量烟、且温升平缓发出警报II 。灭火在接到传感器节点预报警时,根据预先设定的有关规则,作出火灾报警的系统采取相应的措施。 最终判决,在确图1 系统总体结构框图(二Zigbee网络ZigBee 在网络层中,定义了3种功能的模块:一是网络协调器,负责网络的建立;二是路由器,负责查询、建立和修复信息包的路由路径并负责转送;三是各类终端装置,只能加入已形成的网络,可以

6、收发信息,不能转发信息,无路由功能。网络协调器和路由器由全功能器件(FFD 实现,终端装置由简化功能器件(RFD 实现。ZigBee 网络有多种拓扑结构,一般多采用星型拓扑结构,因为其结构简单,实现方便,不需要大量协调器节点,可降低成本。认火灾发生时启动相应的联动机制。(三系统工作原理图3 Zigbee 火灾自动报警系统工作原理当传感器感测到火灾信号时,由火灾监控中心对这些数据进行计算处理和统计评估。根据预先设定的有关规则,将这些数据转换为适当的报警动作指标,相应地启动报警及灭火装置,迅速灭火。此功能与原自动消防装置并联使用,起到双重保险作用,确保消防灭火系统启动。由于ZigBee 采用自组织

7、(ad-hoc 方式组网,允许随时建立无线通信链路,协调器一直处于监听状态,当有新的RFD 加入到网络中时,会被附近的FFD发现并将其信息传送给协调器,由协调器进行编址,计算其路由信 息,更新数据转发表和设备关联表,确定其物理位置。可以实现该系统的选用CC2420芯片作为射频收发模块,CC2420符合2.4GHz IEEE 802.15.4定位功能,用于消防人员和救助人员的位置追踪。消防队员在进入火灾区标准的无线收发芯片。可确保短距离通信的有效性和可靠性。利用此芯片域前,带上可移动的RFD 装置,则在进入ZigBee 无线骨干网络覆盖区内,移开发的无线通信设备支持数据传输率高达250kbps

8、,可以实现多点对多点的动的RFD 将自动加入到网络中,根据与邻近的FFD 的通信情况,可以确定其快速组网。具体位置,便于指挥中心准确指挥救援和灭火工作,工作原理示意图见图四、结论3所示。将ZigBee 技术应用在火灾自动报警系统中,将有利于改善防火系统的三、系统硬件设计方案性能,大大降低现有的火灾自动报警系统的安装和运行成本。特别是其可把ZigBee 终端模块的工作分为两个过程:采集数据发送给ZigBee 接入移动性及可扩展性,大大方便了火灾自动报警系统的调整、更新,提高了点(即数据发送过程,以及接收来自ZigBee 接入点的命令(即数据接收现有火灾自动报警系统的灵活性。并增加了移动定位功能,

9、也方便了火灾过程。救援和灭火工作。系统主要由数据采集端和数据接收端构成。数据采集端由传感器、MCU 和Zigbee 模块组成。MCU 与Zigbee 模块通过SPI 总线连接。数据接收端使用相同的Zigbee 模块,并利用RS232异步串口与PC 机通信。其功能相当于一参考文献:个接入点,一方面将主机向数据采集端发送的控制信号以无线的方式发射出1杨艳华、张凤登、马进明,ZigBee 技术在火灾自动报警系统中的应用去,另一方面接收采集数据并上传给主机。系统硬件结构框图如图4所示。J.上海电力学院学报,2008,24(4:393396.2刘静、赵望达,基于ZigBee 技术的火灾报警系统设计J.单

10、片机与嵌入式系统应用,2007(1:5659. 3肖昕宇,基于ZigBee 技术的无线消防报警定位系统D,湖南长沙:湖南大学,2007.4王文君、胡国珍,基于IP-LINK1221模板的ZigBee 应用系统J.单片机与嵌入式系统应用J.2007(12:6370.图4 系统硬件结构框图5颜学义、叶湘滨,基于Zigbee 技术的火灾报警传感器节点设计J.岳MCU 选用STC89C51RC 单片机,它超强抗干扰、高速、低功耗,指令代阳职业技术学院学报,2007,22(6:6972.码完全兼容传统8051单片机,在系统可编程,无需编程器,无需仿真器。MCU 通过两个全双工串口分别与现场设备和ZigB

11、ee 模块相连,主要实现数据作者简介:的读取、处理和传送功能。微处理器与ZigBee 模块采用串行通信模式,实汪洋文杰(1981-,男,满族,吉林人,北京中外建建筑设计有限公司现微处理器对ZigBee 模块的初始化和与它之间的数据交换功能。西北分公司,助理工程师,从事建筑电气设计工作。站场型数据库是铁路计算机联锁系统中采用的一种数据组织方式,它设计保证系统的可靠性,因此在数据组织与数据安全方面有些独到的设按照站场的地理位置组成,在专门开辟的数据存储区域,为每一个信号设计。对于利用网络实现的信号控制系统,还需要考虑网络中数据的传输安备(如信号机、转辙机和轨道电路区段建立一个静态数据模块,然后根全

12、和存储安全问题,例如使用分布式数据库,采用特殊的数据编码手段和据设备之间的相对位置,在数据模块上建立指针,指向每一个相邻的数据采用自动回授重发技术实现数据的可靠传输等。模块。构成一个能反映设备相对位置的静态数据库数据库。总之,在信号控制系统中,数据组织方式和数据安全设计需要根据具静态数据库中的每个数据模块,分别有指针指向相邻的静态数据块,体系统的功能进行周全的考虑,确保其满足信号控制系统的可靠性要求和可以实现相邻数据模块之间的检索。在建立联锁进路时,首先系统会找到故障-安全要求。进路的始端和终端数据模块,然后在利用数据指针,搜索相邻数据模块。当相邻的模块有多个时,可以按照预先设置的搜索原则(直

13、股优先或弯股优先进行搜索,若搜索到没有下一个模块的尽头模块后仍未找到终端,参考文献:则退回到分支处向另一个方向搜索。这样在存储数据时,不需要按照一个1林瑜筠,铁路信号基础(M,北京,中国铁道出版社,2007,2.车站可以办理的所有进路存储静态数据,而只需要存储这些静态数据模2桅伸、肖洁,如何在数据灾难后继续生存J.计算机周刊,1999,块,然后利用一个搜索程序即可完成所有进路静态数据的检索。(41.在静态数据搜索完成后,可以根据在此基础上,检索与这些静态数据3李柱,PC数据冗灾与恢复J.农业网络信息,2004,(08.有关的动态数据,从而检查进路建立的条件,完成联锁关系的检查和建立。4李嘉,数据灾难的应对措施J.中国牧业通讯,养殖场顾问,2004,(二计算机联锁中的数据存储(08.在计算机联锁系统中,数据存储时,需要有充足的冗余,因此数据可5安全观念升级,内部数据安全渐成关注热点J.计算机与网络,以利用两种不同的结构方式并存储在不同的存储区。通常存储方式可以采2005,(08.用进路表式的数据库和站场式的数据库。通过在不同的存储区域存储的数6蔡葵,效益始于数据安全J.华南金融电脑,2005,(05.据,利用不同的进路表生成方法均可以获得所办理的进路数据,将数据对7数