基于ZigBee技术的高校宿舍烟雾火警系统

潘健

摘 要：高校宿舍的火警预防是高校宿舍安全建设的重要内容，及时准确的预警系统可以帮助高校防范于未然。本文采用现今流行的ZigBee传感器网络技术对数量多密集分布的宿舍烟雾火情进行实时监控，无线采集烟雾数据汇集给宿舍管理端进行显示和处理，如果有火警信号，宿舍管理端可以通过GSM技术拨打电话和发送短信远程向管理人员报警，起到了很好的报警效果。

关键词：ZigBee技术 气体传感器 GSM技术

中图分类号：TN92 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）11（b）-0012-02

面对高校各种电子设备使用不当造成火灾的危害，怎样预防是时下高校迫切需要关注的话题。使用人工监管的方式对火灾进行监视，易于疏忽且不方便，设计出一种智能且高效的监管检测装置尤为必要。本系统基于ZigBee技术的无线传感网进行研究和设计，通过选用高效的气体传感器，对高校宿舍产生的烟雾火情实时监控，将气体传感器采集到的气体浓度经过一系列的转换，再通过ZigBee路由器进行数据解析处理，再通过ZigBee协调器进行数据收集，将这些数据发送给宿舍管理员的电脑监控系统，通过数据比对，判断有害气体浓度值是否超出预警值范围，如果检测到的气体浓度值在预设值范围内，则系统继续监控并实时采样，一旦数据显示超出预警值，系统立刻发出声光报警，同时加入的GSM通信模块也会以电话及短信的方式报警，提醒管理员某宿舍发生了危险，管理员因此可以防范于未然。在此系统中采用了ZigBee组网技术和GSM通信技术，相比传统有线通信，大大降低了系统施工复杂度，并且提高了施工的灵活性及系统成本，同时加入GSM电话及短信提醒使远程报警更加有效，对实现火灾预警也具有重要意义。

1 系统总体方案设计

在高校宿舍居住人群比较集中的情况下，通过安装报警装置起到火灾预警是很有必要的。安装无线烟雾火警装置不受布线困扰，各个宿舍都可以安装无线烟雾火警装置，通过ZigBee无线组网技术，与宿舍管理端装置形成一个可控的网络连接。系统被分成两大部分，分别是宿舍检测端和宿舍管理员端，并组成了一个完整的系统。

根据总体方案图显示，无线烟雾火警装置安装在每一个宿舍，每个宿舍都相当于一个监控点，当装置采集到的烟雾信息以后，无线发送至管理端的汇聚点，并传输到管理端的PC机上。当检测到危险时，装置就会通过ZigBee无线技术发送到宿舍管理终端的电脑上，宿舍管理端收到报警信息后，宿舍管理员的PC机上就能通过系统配套的上位机得知发生火灾的具体宿舍号码，同时宿舍端会发出声音报警提醒管理人员，除此之外，连接在宿舍管理终端上的GSM模块收到报警指令后，还将立即拨打报警电话和发送报警短信远程通知指定人员。

宿舍安装的无线烟雾火警装置在ZigBee技术中相当于路由器角色，主要负责发现并允许其他路由节点的加入。

该装置信息采集主要依靠MAX30105高敏感度光学烟雾火焰传感器，实时采集宿舍烟雾浓度值，一旦检测到有烟雾火情，装置会发出声光报警，通过无线单片机CC2530基于ZigBee技术向宿舍管理端发出警报，提醒管理员有宿舍发生了火情。

宿舍管理端装置在ZigBee技术中相当于协调器角色，主要负责组网和控制网络节点的加入，接收节点传输过来的数据。当宿舍管理端的无线单片机CC2530收到报警信号后，启动声光报警，PC机上监控软件立即显示发生火情的房间号码，同时通过GSM模块给指定人员拨打报警电话和发送报警短信，以便在火灾发生初期及时救援。

2 无线报警系统软件设计与实现

2.1 ZigBee装置软件设计

在ZigBee技术中，为了在应用层协调器和路由器双方能够顺利通信，本系统采用了固定格式的通信协议。通信协议分为命令帧和应答帧，其中命令帧是PC电脑通过协调器发出的，应答帧是路由器收到协调器的命令帧以后，经过相应的解析执行再返回给协调器的数据帧。

宿舍管理端装置上电后，在ZigBee技术中作为协调器角色，开始建立网络，分配节点地址，然后在ZigBee應用层依次调用相应函数，使系统开始工作。

宿舍管理端装置建立网络后开始轮询是否有无线数据系统事件AF_INCOMING_MSG_CMD，进而通过SampleApp_MessageMSGCB（）函数对接收到的数据进行解析判断，判断接收的数据是烟雾数据还是报警命令。如果是烟雾数据，在此函数中调用拷贝函数memcpy （）函数将接收缓存区的数据复制下来，再使用HalUARTWrite （）串口发送函数将复制的烟雾数据通过串口发送到电脑上；如果是火警信息，在此函数中调用HalUARTWrite （）串口发送函数将报警信息通过串口发送给PC电脑，并且驱动声光报警器报警。

宿舍管理端装置工作后，无线烟雾火警装置随之开始工作，它首先加入宿舍管理端装置创建的网络，然后它周期性地检测烟雾和火情信息，将感知到的信息发送给宿舍管理端进行信息转发。

由以上流程图可知，装置加入网络后，开始启动烟雾检测事件，通过osal_start_timerEx（）函数的设置，每隔2s检测一次烟雾浓度及火情，然后判断烟雾浓度值是否超标。如果超标，则通过函数SendPacket（）将32字节报警信息打包，发送报警信息给宿舍管理端，然后启动声光报警。

2.2 PC端上位机软件设计

火情报警软件是位于宿舍管理终端连接在PC机上的管理软件，该软件使用C#编程语言进行开发，为了更加直观管理和发现火情，从而快速地为扑灭火情做好准备。该软件通过PC机与宿舍管理端装置连接，及时从宿舍管理终端接收到火情信号指令。

火情报警软件启动后，需要先查看连接管理终端的串口号。当串口打开以后，后台依据通信格式将自动发送获取全网地址指令“&WSNRNWyyyyyyyyyyyyyyyy*”，然后可以获取宿舍节点的相关信息。在进行管理的时候，还需要进行信息的绑定，将房间号和对应的宿舍节点网络地址绑定起来，并且将绑定表存放到数据库。火情报警软件当未出现火情报警的时候，状态是显示正常的，当出现异常时，它将从数据表中通过宿舍节点网络地址查询对应的房间号，并将房间号和发生火情的时间显示在上位机界面上，并存入数据库。当异常结束时，只有点击“解除报警”，状态才会显示回正常。此外，该软件还有设置接收手机号和接收短信内容的功能，当发生报警时，软件通过GSM串口模块，将报警房间号以短信的形式通知宿舍管理员及拨打宿舍管理员电话。

3 结语

报警装置使用ZigBee技术组网方式灵活，施工简单，稳定工作时间长，报警及时。通过对该系统的实际应用，帮高校及时预防灾情的发生起到了良好的效果。

参考文献

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