基于无线传感器网络的仓库火灾监测系统的研究与设计

曾琳

摘要：针对仓库火灾频发所造成的危害性，将无线传感器网络技术用于仓库火灾的监测，构建了一个基于无线传感器网络的火灾实时监测预警系统。给出了含多种传感器的传感器节点设计方案。

关键词：仓库火灾；无线传感网络；传感器节点

中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）13-0067-02

Abstract：Aiming at warehouse fire hazards appeared frequently， wireless sensor network technology is used in a fire monitoring. Therefore， a fire real-time monitoring and early warning system is constructed based on wireless sensor network. Furthermore， sensor node of the system contains a variety of sensors.

Key words：warehouse fire； wireless sensor network； sensor node

1 无线火灾监测系统的研究意义

仓库火灾是一种突发性强、伤害力大的企业灾害。做好仓库防火工作，预防火灾事故的发生，是各个企业都迫切需要的。当仓库火灾发生时，能做到早发现、早报警、早扑灭就能将企业损失降到最小。现有的企业防火技术主要有视频监控、人力巡查等手段，技术手段落后，局限性大且漏洞大，不能及时发现火灾。而较早的总线型线缆火灾探测系统，有小动物啃食、环境腐蚀的危险，一旦发生一处线路断裂，则整个系统就会瘫痪。针对这一现状，提出了基于无线传感器网络的仓库火灾监控系统。

无线传感网络监测系统具有传感器节点体积小、数量多，节点布置灵活的特点，对于大型仓库可以一次布置到位。每个传感器节点本身具有一定的计算和存储能力，可以对环境的变化进行较为复杂的监控和判断；同时又具有无线通信能力，可以进行节点间协同监控，并能在网络遭到破坏时进行自动恢复组网、传递信息。

2 仓库火灾监测系统研究与设计

2.1 无线传感网络

无线传感网络是由大量的密集部署在监控区域的智能传感器节点构成的一种网络应用系统[1]。无线传感网络综合运用了现代传感器技术、微电子技术、通信技术、嵌入式计算机技术和分布式信息处理技术等多个现代信息处理技术，是一个新兴的多学科交叉研究领域。具有大规模、低功耗、多节点分布式协作工作的特点。

无线传感网络WSN（Wireless Sensor Network）采用随机投放的方式部署传感器节点，节点与节点之间采用多跳（multi-hop）、对等（peer to peer）的无线通信方式，能有效地避免长距离传输时遇到的信号衰减和信号干扰。无线传感网络的每一个节点都具有路由功能，当某个节点出现物理故障退出网络通讯或需要新增传感器节点时，通过自我修护、自我协调，能自动重新布置形成网络。无线传感网络的研究实体对象主要有4类：目标、观测节点、传感节点和感知现场。传感节点随机部署好后，通过自组织方式构成网络，协调工作形成对目标的感知现场。传感节点监测到目标信号后经邻近节点多跳传输到观测节点。观测节点对内进行向传感节点发布查询请求或派发任务；对外作为中继器和网关完成传感器网络与外部网络的数据通信与转换。所以一般将无线传感网络分成数据获取网络、数据分布网络和控制管理中心三个部分组成，其中设计的重点就是数据获取网络，即传感器节点的设计。

2.2 仓库火灾监测系统设计

基于无线传感网络的仓库火灾监测系统主要由以下3部分组成（系统结构图如图1）。

1）无线传感器节点

负责采集节点侦测周围环境如温度、气体浓度、光亮度等数据，是无线传感网络中的数据获取网络。

2）中心节点

由无线网关、中继器担任，以无线的方式连接无线传感器网络与管理监控中心，将搜集到的信息传送给监控者。

3）管理监控中心

管理监控中心就是用户节点。无线网络将搜集到的信息传送给监控者，监控者解读报表信息后便可掌握现场状况进而维护和调整相关系统。反之，用户也通过管理控制中心对传感器网络发布监控任务和收集监测数据，进行无线传感器网络的配置和管理。

2.3 传感器节点设计

仓库火灾的监测系统就是对无火状态、阴燃状态和起火状态这三种火灾状态空间的识别。因为仓库存放物件多，通风不良，以物质无可见光进行缓慢燃烧的火灾阴燃为主，所以仓库火灾监测系统的重点监测对象是火灾阴燃状态信息，即使对烟雾和温度的监测。同时，对发生起火状态燃烧时光度也能进行监测。

根据仓库火灾的特性进行传感器节点设计，无线传感器网络节点的体系结构图如图2所示。无线传感器节点是一个具有信息收集和处理能力的微系统，集成了传感器模块、信息处理模块、无线通讯模块和能量供应模块。

传感器模块负责感知现场内信息的采集和转换，根据仓库火灾特点设置了光亮传感器、烟雾传感器和温度传感器。信息处理模块是核心，它负责管理传感器节点对自身采集数据的存储和处理或其他节点发送来的数据。无线通讯模块则负责与其他传感器节点进行通讯，能量供应模块负责对整个传感器网络的运行进行能量的供应。

3 结束语

本文介绍了根据仓库火灾特性构建的，基于无线传感器网络的仓库火灾监控系统。设计了一个具有光亮传感器、烟雾传感器和温度传感器的多种传感器的无线传感器节点。但要让无线传感器网络正常运行并大量投入使用还面临着许多问题，如：网络内通信问题、传感器节点成本问题、传感器节点能量供应问题。这些问题的解决，将为实现高效的无线传感器网络结构奠定基础。

参考文献：

[1] 余成波，李洪兵，陶红艳.无线传感器网络实用教程[M].北京：清华大学出版社，2012.

[2] 吴龙亮，薛楠，权祎魁，等.基于ZigBee与LabVIEW的火灾预警系统的设计[J]. 微型机与应用，2013（22）：53-55.