基于RTU通讯技术的火灾在线实时监测系统的研究与开发

潘君

【摘 要】本课题研究的基于RTU通讯技术的火灾在线实时监测系统，与国内已有系统相比，存在布线方便，自动组网，数据准确，监控及时等优点。随着通信技术的发展和人们生活水平的提高，未来对家庭安全性的监测越来越受重视，本课题研究的火灾在线实时监测系统将逐渐进入大众的生活中，保障大众的生命财产的安全。

【关键词】火灾探测；物联网

1 国内外研究现状

火灾监控系统能够及时发现火情，迅速产生报警，是减少火灾灾害的重要工具。纵观火灾监控系统的发展历程，一般可以分为以下几个发展阶段：

第一个阶段，从十九世纪到上世纪中期，这个阶段使用简单的感温探测器来进行火灾的探测，火灾探测器根据探测环境的温度参量判定是否有火灾发生，容易受到外界干扰，灵敏度低而且响应慢。

第二阶段，从上世纪50年代到70年代，诞生了离子感烟探测器，一般采取“先见烟再见火”的探测手段。这个时期的检测系统多采用多线制，要求一个火灾探测器与报警器有至少两条的导线相连，确保探测点发出预警信号，但是存在布线复杂、调试难度大等缺点。

第三阶段，从上世纪80年代开始，采用总线制火灾检测系统，火灾探测器和报警器之间的通信需要一台微机和收发码电路实现，使用全总线控制，有布线简单、安装调试容易、火灾报警定位精确等优点。

第四阶段，从上世纪80年代后期至今，伴随着计算机技术、传感器技术和通信技术的发展，火灾监测体系走向了智能化和网络化，出现了分布式智能和网络通信火灾监测系统。分布式智能火灾系统特点在于火灾探测器能处理火灾信号，提高了火灾监测的实时性和可靠性；网络通信火灾系统使得火灾报警控制器能通过Internet交换信息，实现远程火灾信息管理和通信服务。

国外火灾远程监控技术起步较早，许多国家已经建立了城市火灾的自动报警网络，形成了比较完善的火灾预警和善后处理体系。

我国对火灾监控研究应用起步较晚，随着改革开放的深入和经济建设的高速增长，我国火灾监控行业发展迅速，系统控制模式逐步从多线制控制系统、多总线一体化向分布式控制系统发展；探测技术从单一的感烟探测发展成多元复合探测。然而国内市场的消防报警产品型号繁杂，各种产品提供的接口、通信协议都存在较大差异，导致出现故障之后，因厂家原因得不到及时维修，埋下了较大的火灾隐患。

在家庭监控系统中，控制网络是一个不可或缺的部分，起着信息传达的作用，一方面控制网络收集传感器终端的信号或家电信息并传递到主控制器，另一方面下达主控制器对终端家用电器或者电子产品的控制信号。从目前的发展来看，控制网络经历了从电力载波到家庭总线，再到无线网络的发展历程。家庭控制网络对数据的传输率要求较低，但对传输的准确度要求较高，有线的网络架设存在着布线成本高、安装不够灵活、升级困难等诸多弊端，这为家庭无线网络的发展和应用提供了机遇。

2 选题的意义

随着社会经济的不断发展和人民生活水平的不断提高，人们对家居生活质量要求越来越高。房子不仅仅限于传统的居住功能，提供舒适安全、高品位的生活空间是人们对未来的美好期待。火灾对人们的生产和生活安全构成了极大的威胁。据公安部的统计，近五年来，我国火灾每年发生次数都在十万次以上，每年家庭火灾发生的次数占总火灾发生次数的40%，但死亡的人数占到了总死亡人数的70%，因此实现家庭火灾监控具有非常重要的现实意义。火灾监控主要以火灾报警系统为主，研究重点在于降低火灾监测的虚警率，将火灾消灭在萌芽状态。

3 内容

3.1 目标

现有的家庭火灾监控系统存在着安装不便，监测准确度和远程监控能力不强等缺陷，与人们对居住环境的要求越来越高，家用设施的安全管理亟待改善的迫切需要形成了强烈的矛盾。家庭内部监控数据量小，对传输实时性的要求不高，选用ZigBee为代表的无线传感器网络来组建家用监控网络，可大大降低系统成本和复杂度，提高设计灵活性。选择RTU（Remote Terminal Unit）数据中转设备，连接家庭内部监控网络和外部网络，用户只要通过浏览器访问监控系统，便能够对家庭中的火灾进行监控。当出现险情时，监控报警信息能自动发送到用户的手机上，提醒采取措施。本系统的开发，提高了家庭安全性，为构建和谐社会奠定了一定的基础。

3.2 内容

传统的家庭火灾监控系统往往存在布线不便、单传感器监测准确度不高、远程监控能力不强等诸多缺陷。网络化的火灾监控系统在系统造价上价格不菲，降低监控系统成本和功耗，提高系统集成度和准确度是本课题设计的目标。

为此，本文提出了一种基于RTU通讯技术的火灾在线实时监测系统。利用ZigBee技术构建家庭监控网络的传输链路，依托物联网基础网络设施GPRS，实现远程家庭火灾监控。设计多传感器监测环境状态，并将监测数据在智能网关中心进行融合处理，提高监测准确度，得到最终的监测结果；以RTU作为数据的传输中介，以实时数据库作为数据的处理器，最终以WEB形式发布数据状态。即使家中无网络，无服务器也可以实现家伙火警的在线实时监测。

3.3 拟解决的关键問题

（1）采用ZigBee无线通讯方式采集火灾特征数据。

（2）构建第三方实时监控管理中心系统。

（3）用户自主管理系统

3.4 研究方法

文献研究法，通过图书馆及网络文献了解当前已有火灾在线实时监测系统的组成，存在的问题，进而指导我们开发系统。通过ZigBee相关著作，学习先进的数据传输技术，将该技术应用在我们的系统中。

实验研究法，在实验室建立模拟的测试环境，依次解决数据的采集、传输、存储及WEB数据发布全过程，在建设测试环境的过程中，不断探索和发现问题，解决问题，优化系统。

3.5 技术路线

基于RTU通讯技术的火灾在线实时监测系统主要包括ZigBee无线传感网络、RTU和服务器。该系统为家庭火灾监测设计了烟雾、温度等传感器电路；以ZigBee芯片为核心，构建家庭内部网络通信平台，利用ZigBee2006协议栈实现了无线网络数据通信；以RTU为核心构建智能网关平台，基本功能是实现家庭数据的转发；扩展功能在于接收ZigBee传感器终端的监测数据，响应远程访问请求，反馈监控处理结果。用户以IP地址的形式访问Web服务器，网关能实时响应远程请求，并将实时数据库中的数据以网页的形式反馈给用户。

4 研究价值

目前，家庭火灾监控系统不同程度存在着布线不便、准确度不高、远程监控能力不强等缺点。有线的传输方式虽然有较大的信息传输能力，但布线复杂且不灵活，容易对原有建筑的布局造成影响；传统基于单传感器的火灾监测系统，其准确度易受环境因素影响，传感器失效不可自愈而导致系统永久瘫痪；独立的家庭火灾监测系统，受到监控地域局限，不能适应未来家庭安全监控的需求。

【参考文献】

[1]杨震.物联网及其技术发展[J].南京邮电大学学报，2010，30（4）.

[2]谭炳华.火灾自动报警及消防联动系统[M].北京：机械工业出版社，2007.

[3]潘伟，黄东.基于ZigBee技术的无线传感器网络研究[J].计算机技术与发展，2008，18（9）.

[责任编辑：张涛]endprint