居民小区无线火灾报警系统的研究与设计

漳州台商投资区公安消防大队 庄文卿 龚哲松

居民小区无线火灾报警系统的研究与设计

漳州台商投资区公安消防大队 庄文卿 龚哲松

居民小区无线火灾报警系统的设计需要遵循当前《火灾自动报警系统设计规范》等标准规范，严格遵守科学的设计原则，以产品质量管理为中心，加强过程质量控制，及早发现编码错误等常见差错，系统硬件包括路由节点、物业监控中心、探测传感终端三个组成部分，软件部分的设计主要分为下机位软件、上机位软件，前者主要包括节点、协调器节点、路由器节点、终端节点，后者主要包括串口通讯设计、PC监控设计。系统管理员需要掌握基本的系统架构特点，学会排查故障，确保系统正常运行。

居民小区；无线技术；火灾报警系统

火灾是一种常见的灾害事件，也是城市、居民小区常见的灾害，《中国消防年鉴》显示我国火灾的年发生例呈上升趋势，每年造成的经济损失超过500亿元。发生在居民小区的火灾严重威胁居民的生命财产安全。在我国居民小区的火灾安全系统建设水平不尽相同，绝大对数未能达到理想的标准，特别是许多老旧居民小区，基本无火灾报警系统。从火灾发生的周期来看，引燃期、发展期是灭火的黄金时期，及时报警，有助于居民疏散，及时开展灭火活动，从而降低火灾蔓延风险，降低火灾的损失。近年来，无线技术发展迅速，为开展无限传输火灾报警创造了条件。

1 无线火灾报警系统设计原则

当前开源的电子元件较多，无限传输技术、火灾探测电子狗与电子鼻技术也基本成熟，为设计无线火灾报警系统的创造了条件。无线火灾报警系统设计几乎无硬件障碍，但需要考虑系统的可靠性，保障系统稳定运行、报警及时准确、抗干扰性强，需要严格要求设计的质量[1]。设计需要遵循以下原则：①按照生命周期进行管控；②坚持开展阶段评审，避免出现软件、编码相关的差错；③严格控制产品的开发过程，确保各个配置成分一致；④现代化程序设计，提高软件的设计效率。基于此按照《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116-2013）中的相关条路，设计的规范包括以下几个方面：①火灾抱报警控制器安置在家中，启动装置安置在公共部位；②住宅内的报警控制器需连接到控制中心监控设备；③每间卧室、起居室都需要有一个感烟火灾探测器；④厨房需要根据燃气的类型，增加甲烷等气体成分探测器，同时能够在管道阀门等部位选择功能探测器；⑤每个住户都能够独立设置报警控制器，必要时进行视频对话；⑥每台报警器覆盖楼层不应超过3层。对于可燃气体的探测报警应包括气体探测器、报警控制器和火灾声光警报器[2]。目前已有较大的设计标准规范，如《智能建筑设计标准》GB/T、50314、《火灾自动报警系统施工以及验收规范》GB5016，这些都是设计者需要坚持的原则。

对于无线传感网络，布线是一个关键技术环节，若布线不合理，不利于系统内部信息传递，当前的火灾报警系统一般采用总线布线方式，存在许多弊端，采用遥感技术是大势所趋。无限传感网络体积小、成本低，可任意布置在监控区域，采用MSN无线传感器网络，能够有效的实现网络内各个节点的数据采集、接收。无线传感网络通信半径小，占用的带宽低，节点数量大且能够扩充、耗电量低、电源寿命长、健网成本低、具有较好的自适应性。在无线通讯网络中，各个节点类似于天线，采集监控的范围信息，在大部分时间下处于休眠状态，通电状态下能够感受到传感节点传递的信息，经网络传输给管理节点[3]。目前考虑使用微型传感节点嵌入方式接入无限传感网络，采用纽扣电池提供能源。常用的无线通信技术主要包括WiFi、蓝牙、近距离无线传输、超宽带通信、ZigBee技术，对于家庭无线网火灾监控报警系统而言，WiFi网络功耗大，构建以及后期维护成本好，蓝牙传输范围小，节点功耗大，UWB通信距离小，NFC传输距离无法满足要求，故选择功效低、传输距离适合、成本低的ZigBee技术。

综上所述，根据《火灾自动报警系统设计规范》得改标准，选择B类系统，即有物业集中监控的住宅建筑，采用控制中心监控设备、家用火灾报警器、家用火灾探测器、火灾警报器器等设备组成。根据火灾的发生时期，在初期以助燃为主，有少量烟雾、散热较小，采用烟雾探测器，火势发展迅猛，强烈火焰辐射，则采用火焰探测器。根据居民区内容易发生火灾的隐患，发生火灾后的火灾发展特征，安装合适类型的火灾探测器[4]。需注意的是，火灾探测器产品的质量问题层出不穷，即使是相同设计的探测器灵敏性也不尽相同，购入探测器需要确保质量，进行灵敏度测试。

2 设计方案

2.1 硬件设计

硬件设计关键在于将探测器与无线网络设备连接，让探测器信号能够经网络设备中转传输到小区物业公司的监控中心。系统硬件包括路由节点、物业监控中心、探测传感终端三个组成部分。对于硬件的选择，考虑到小区火灾可燃物主要为电气、燃气，同时考虑到误报情况，可选择气体传感器、烟雾传感器、红外传感器配合，电压比较器可进行逻辑分析，判断是否出现电火灾。基本选择以下：探测器MQ-2烟雾传感器，MQ-9燃气传感器，SPS532CA传感器，电压比较器LMEE9N，无线网络设备CC2530 ZigBee协调器、路由器、终端节点。对于电路的设计，应包括探测电路、电压比较器电路、CC2530模块组、无线收发器、收发天线、报警器等，探测器探测到火灾后，将模拟量转化为数据量，传递到CC250模块组，后者经收发器将数字信号传递出去。

2.2 软件设计

软件部分的设计主要分为下机位软件、上机位软件，前者主要包括节点、协调器节点、路由器节点、终端节点，后者主要包括串口通讯设计、PC监控设计。以串口通讯为例，数据传输仅仅需要MSComm控件，通讯程序简单，采用事件驱动方式，根据上位机主体流程，系统启动后，进入登录界面，输入帐号密码，进入监控系统界面，能够设计监控的内容。需注意的是，一个信息系统的设计约半数的故障都发生在软件领域，需做好软件编码过程中的管理，避免完工后出现再发现差错，这会极大的浪费设计的时间[5]。软件设计需要确保有较强的稳定性，维护简单，许多社区的物业管理人员并没有专业的专业知识，主要负责进行PC监控，软件系统需要有较高的集控特性，PC监控者，能够方便的了解各个监控点、传感器的数据情况，从而分析是否存在火灾安全隐患。需要集成一个数据分析系统，能够自动识别事故隐患，如某点的燃气传感器数据异常，尽管未达到报警标准，但纵向比较监测浓度水平持续上升，提示可能存在隐藏的泄漏点，或部分用于燃气使用不当。

3 小结

居民小区无线火灾报警系统设计的思路并不复杂，当前可供选择的无线网络技术、硬件设备、软件编写工具较多，研发一种系统应将其作为项目来看，科学的分析系统的需求，科学设计，合理的规范硬件布局，做好软件的编写，提高整个系统的稳定性，完善细节，降低故障发生风险。系统设计还需要设计者本事对火灾的发生特征、居民火灾隐患、各类硬件与技术的特性有清醒的认识，否则轻则网络节点密度过低信息传输不畅的小问题，重则可能会因此影响火灾报警的效率。

[1]董文辉,王力,余广智,梅志斌.无线火灾自动报警系统设计[J].消防科学与技术,2016(04):552-555.

[2]王宇宁,许建明,李忠,粟成发.基于单片机无线火灾报警系统设计[J].数字技术与应用,2015(10):26+28.

[3]杨鹏.基于单片机的无线火灾报警系统设计[J].工业加热,2015(04): 43-46.

[4]冯军,陈文波,王超,黄智伟.基于无线射频的小区火警报警系统的研究与设计[J].中国科技信息,2015(05):94-95.

[5]魏炽旭.基于nRF24L01的无线火灾报警系统设计[J].电子制作,2014(03):53-55.