基于LM3S9B96的无线智能楼宇火灾消防报警系统设计∗

刘孝赵 王 成

（苏州经贸职业技术学院机电与信息技术学院 苏州 215009）

基于LM3S9B96的无线智能楼宇火灾消防报警系统设计∗

刘孝赵 王 成

（苏州经贸职业技术学院机电与信息技术学院 苏州 215009）

论文针对现有楼宇火灾消防报警系统存在的问题，设计了基于LM3S9B96的无线智能楼宇火灾消防报警系统，该系统提出了LM3S9B96和CC2530结合的无线通信节点设计，利用ZigBee网络节点CC2530来采集楼宇环境数据信息，通过GPRS数据网络把数据信息传输至Web服务器，实现了远程对楼宇环境的实时监控。

无线；ZigBee；CC2530

1 引言

虽然当今社会城市化进程不断扩大，但是我国的建筑物消防报警智能化的程度还远远未达到要求，仍然以传统的有线报警为主［1］。随着现代电子技术的快速发展，物联网技术的日趋成熟，智能楼宇中的消防火灾报警可以采用远程无线数据传输的形式进行布局［2］，节省消防系统安装成本、运营成本以及维护成本。本设计将以ARM芯片LM3S9B96为核心控制中心，结合ZigBee技术的无线传输功能，将消防火灾监测数据温度、烟雾、火焰以及视频信号远程传输给监控终端［3］，同时自动启动火灾报警信号，从而实现对智能楼宇内部、外部火灾环境的感知，让居住的人们及早发现火灾的危险信号，避免更大的生命和财产损失。

2 系统工作原理

为了建立能够满足智能楼宇火灾消防远程无线采集系统功能，本系统前端负责采集和处理传感器的数据［4］，控制终端对火灾报警远程实时监控，并根据实况进行报警处理，以免发生误判。无线智能楼宇火灾消防系统主要包括数据采集端、视频监控端、集中器、监控中心、移动终端，最终形成一个无线传感器的结构。其系统结构图如图1所示。

图1 系统结构图

3 硬件设计

3.1 LM3S9B96的最小系统电路

本文设计的核心MCU选用TI公司生产的LM3S9B96芯片，它是基于ARM Cortex-M3的32位MCU，高性价比，它的成本是之前系列的8位和16位MCU的价格［5］，其芯片外部时钟源有两个，核心CPU的工作频率是80MHz，它在运行时，处理性能高达100DMIPS，具有ARM Cortex SysTick定时器，芯片内拥有高达50MHz的256KB单周期闪存和96KB单周期SRAM［6］，并且芯片内部的ROM还加载了StellarisWare软件，而且具有扩展的外设接口和串行接口，它的复位电路可以通过软硬件不同方式来实现复位功能。

3.2 无线通信智能节点设计

无线通信智能节点设计采用ZigBee协议，硬件芯片选用TI公司生产的CC2530为核心ZigBee模块［7］，组成终端采集节点，同时可以通过配置设备节点环境，以此来实现ZigBee协议下的终端数据采集功能。LM3S9B96控制器内部含DAC、ADC、DMA等功能模块，以及通信功能模块CAN总线、以太网和USB接口，且功耗低等特点，这些特点都能为ZigBee应用提供很好的硬件支持［8］。本文采用采用LM3S9B96与CC2530平台上的ZigBee组网技术进行通信，它们之间采用SPI接口方式，其连接如图2所示。

图2 CC2530和LM3S9B96接口连接图

图 2中的 CC2530利用 FIFO、FIFOP、SFD 和CCA四个引脚来查询数据收发状态，充分利用SPI接口（SO、SI、CSN、SCK）与微控制器LM3S9B96进行命令传输和数据交换［9］。重要的引脚配置为：FIFO作为数据缓存判断端对应PC7引脚；FIFOP端作为接收数据包的判断引脚，对应微控制器中断引脚PC6。这样连接的优点是，如果在接收模式状态，当发生帧接收完或数据越界时，微处理器可以利用FIFOP引脚来进行中断操作，FIFO引脚可以用来判断数据是否都处于接收FIFO中。当然这些是硬件配置，还有一部分需要软件来进行配置。

4 软件设计

设计只有硬件还不足以实现功能，必须以软件来进行辅助完善，让软件来实现系统设计的功能，提升系统整体性能。本文软件设计主要有ZigBee环境数据采集节点系统、协调器节点系统、主控制器系统、终端监测上位机软件设计系统。在ZigBee系统网络中，数据采集节点利用传感器采集楼宇环境信息，发送到ZigBee网络协调器节点［10］，LM3S9B96主控制器对接收到的ZigBee网络传输过来的楼宇环境信息进行解析处理，然后再发送给GPRS模块，GPRS模块通过GPRS数据网络将楼宇环境信息发送至Web服务器，且在移动终端或监控终端均可访问服务器监测楼宇环境信息的参数。由于软件系统设计模块较多，这里给出最重要的主控制器软件系统设计流程图如图3所示。

5 系统测试分析

该系统功能测试应用时，远程控制终端云界面采用VC语言进行编程，其主要包括7个窗体模块。

ZigBee采集端进行功能测试时，各个设备的连接点通信正常，对采集的温度、火焰、烟雾量环境信息的灵敏度测试良好，同时对超过设定的阈值参数时，报警功能也正常工作。图4是对模拟高温环境状态下的实时监测数据，并发出报警信号。

图3 主控制器程序设计流程图

图4 节点实时监测图

经过仔细观察和记录，测试结果如表1所示。通过表1的测试结果可以确定各个节点通信正常，且传感器的灵敏度也较为良好，整个系统设计功能可以满足无线火灾消防报警的需求。

表1 系统功能测试结果

6 结语

本文设计了基于LM3S9B96的无线智能楼宇火灾消防报警系统，并结合了ZigBee协议无线网络技术，弥补了传统火灾消防报警系统的不足。在设计中，利用ZigBee网络节点CC2530来采集楼宇环境数据信息，实现了对楼宇环境的实时监控，主控制器LM3S9B96与协调器节点通过串口相连，GPRS模块接收主控MCU处理过的环境数据信息，再通过GPRS数据网络把环境数据信息传输至Web服务器［11］，这样用户就可以方便地在监控终端或移动终端实时对楼宇环境进行监控，同时可以远程开启视频监控，防止误报信息，从而更好地防止火灾发生。本设计系统在实验室环境下运行测试良好，能够对楼宇火灾环境更好地进行实时监测。

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Design of Wireless Intelligent Building Fire Alarm System Based on LM3S9B96

LIU XiaozhaoWANG Chen
（Institute of Electrical and Information Technology，Suzhou Institute of Trade&Commence，Suzhou 215009）

In this paper，aiming at the existing problems of building fire fire alarm system，the LM3S9B96 based wireless smart building fire alarm system is designed.The system is proposed the LM3S9B96 and CC2530 combined with design of wireless communication node.Zigbee network node CC2530 is used to building environment data information.It is throughing the GPRS data network to transmit data to web server.The paper has realized the remote real-time monitoring of the building environment.

wireless，ZigBee，CC2530

TP39

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.11.046

Class Number TP39

2017年5月6日，

2017年6月27日

苏州市科技应用基础研究计划项目（编号：SYN201524）；苏州市相城区重点产业技术创新专项（编号：XJ201520）资助。

刘孝赵，男，硕士研究生，实验师，研究方向：嵌入式系统应用。