基于ZigBee技术的无线自适应火警监测系统探析

张家兴

【摘要】    长期以来，火警监测为同人民生命财产安全、社会安定密切相关的问题。而楼宇作为人们聚集场所则更应重视火警的监测，因此，在楼宇建设过程中，重视新技术及新建设理念的应用，提高火警监测及时性、有效性尤为重要。本文即围绕基于ZigBee技术的无线自适应火警监测系统展开探讨。

【关键词】    ZigBee技术    无线自适应火警监测系统    系统设计

引言：

社会经济高速发展背景下，城市建筑物内财产数量、人口数量持续加大，电器过载及燃气泄漏等问题在生活中也并不少见，且呈逐年升高趋势。分析现阶段建筑物内部所装置的内部消防监测系统发现，多以有线火灾监测系统为主，目前，国家针对无线火警监测系统验收标准也并未提出明确要求。实际上，有线火灾监测系统在实施过程中存在建设周期长及成本高等特点，而在后期维护方面也需投入大量时间及成本，经济实用性较低，而基于ZigBee技术的无线自适应火警监测系统则可对传统火灾监测系统的不足加以弥补，保障人民生命财产安全。

一、ZigBee技术阐述

ZigBee技术为中短距离无线系统中所应用的一种双向传输无线网络技术，ZigBee技术工作频段主要可分为3个频段，分别为915MHz、868MHz及2.14GHz，借助此技术的应用可对命令的输入加以控制，还可实现数据输出，针对其他传感器所提出的需求也可予以满足。以Ad Hoc路由协议为依据，ZigBee技术具备近距离、功耗低及数据速率低等诸多特点，还可有效对网络维护成本加以有效控制。此外，借助ZigBee技术的应该用还可实现一定程度上的网络自维护、网络自组织。

二、基于ZigBee技术设计无线自适应火警监测系统意义

分析现阶段国内诸多楼宇在火灾预防方面多以自动报警系统、联动消防装置为主，但此种模式下将会存在无法迅速实施合理救援、事发位置鳄无法准确掌握及报警装置故障频发等问题，对人民生命财产安全构成威胁。由此可见，在智能楼宇建设中，实现楼宇内数据信息的高效传送及数据的准确收集尤为重要，将存在火灾隐患的位置及时上报，此也为今后智能楼宇防火监测体系的重要任务。ZigBee无线网络技术多应用中分布复杂且地域广阔的环境中，还可实现低点的精准定位。智能楼宇建设过程中，可将一定数量的节点布置于楼宇内部，借此实现智能楼宇火灾隐患的监测，同时将收集数据传达至监控中心中，分析数据，将数据分析结果作为依据，分析火灾隐患，可有效预警火灾，可在智能楼宇内部构建以数据收集为基础，将数据分析为依据，准确定位火灾预警地址的实时ZigBee技术无线安全网络体系。ZigBee无线传感器自适应网络技术可对传统火灾安防中所存在的局限性加以突破，为智能楼宇火灾安防的建设提供新方向。ZigBee节点可同楼宇内的复杂环境良好适应，同时具备精准的火灾预警定位能力，可实时监测信号，为消防措施的及时实施提供条件，还可为疏散人员提供宝贵时间。除此之外，智能楼宇内广泛分布ZigBee节点，还可大幅度降低火灾消防预警成本。低功率的数据信息传输可对楼宇内实时监控需求加以满足。同时，ZigBee技术具备独特定位能力，还可对无死角监控及大范围覆盖加以保障。

总而言之，将ZigBee-WiFi网络应用至智能楼宇火警监测体系中，不仅可拓展自身监测范围，同时也可有效加快传输效率，强化人员终端联络效率，上述均为传统火灾监测系统的延伸、扩展。

三、基于ZigBee技术设计无线自适应火警监测系统总体设计

3.1系统工作原理

无线自适应火警监测系统中，利用边缘为星型的网状拓扑方式连接路由器、协调器及ZigBee节电，在网络覆盖范围中的某地点产生火警时，此物理位置附近的传感器在监测到火警信号后，利用ZigBee Wireless Sensor Network网络传播信号，途经网关向PC机软件，或手持设备中传送信号，以此完成火警位置的体现。消防人员在进入火警现场前应装置移动节点，借助附近已安装、固定的位置节点同移动节点间的信息反馈，帮助消防人员可在火警现场迅速确定火警位置，在此过程中，网络协调装置可将网络内信息向PC机传送，对移动节点位置、网络节点工作情况加以了解。

3.2系统工作特点

从节点层面分析，各智能型节点以节能作为基本条件，同时具备自检、定位、联动、唤醒及休眠等功能特点，通常情况下处于休眠状态中，在反应附近存在火警情况时可迅速唤醒，并联动此系统中的其他节点，收集各点信息，获取同火警相关的全面信息，借此为火灾事故的及时处理提供时间，实现火警的及时处理。从系统层面分析，借助此系统的应用可同各种复杂的环境相适应，借助无线通信的方式还可对多种应用场合的扩充、快递布点相适应。同时，此系统也具备相应的自动组织及愈合等能力，此系统中即便个别节点反应迟钝，也不会影响整体功能，具备较强可靠性。同时，火警监测系统也具备相应的延展性，在其他领域中也可得以应用。

四、火警监测系统功能说明

ZigBee网络主要PC机、网关、路由节点、目标节点等四部分构成，其中PC机主要负责网关指令的发送、网关数据的接收，由此实现人机交互目的;网关主要负责将计算机所发送的指令、传感器节点数据、路由节点数据的完成，将所接收的数据向计算机传输;路由节点主要负责当网关无法同传感器节点通信时，作为传感器节点、网关二者间的中介达成通信任务，路由通信功能也由此达成;其中目标节点任务主要为控制设备、采集数据;以温度、火焰、气体等为主。

五、监测系统硬件设计

ZigBee为一种短距离及低功耗的无线通信技术，以低复杂度、低成本及低距离优势应用于实践中，ZigBee技术实现中针对硬件所提出的基本要求为8位处理器，如80c51;软件需32KB的ROM，即便为最小软件即为4kB的ROM;針对网络主节点而言，需更多RAM以容纳网络内诸多节点的设备信息、设备关联表及数据包转发表。监测系统网关节点设计，为数据调查提供数据，为火警监测系统设计中的一项新型功能。网络节点射频芯片、网络节点处理装置的选择。我国无线频谱管理相关规定，以ZigBee技术标准为依据，仅能选择以2.4GHz频段的器件，将IEEE 802.15.4协议的片上系统（soc）cc2530作为无线收发装备、处理装置，融合先进的RF收发装置的优良性能，可将IEEE 802.15.4无线收发器兼容至系统中，RF内核控制模拟无线模块标准的以实现8051cpu的强化，无线自适应火警监测系统内还可设计闪存，8-kB RAM和诸多强大功能，加之CC2530运行模式不同，致使此系统可同超低功耗要求相适应，还可进一步缩短运行模式间的转换，借此对低能源消耗要求相满足。此外还应科学选择网络节点传感器。采集传感器信息实则即为对微控制器、传感器二者的接口加以处理，利用传感器将所采集的模拟量向数字量转变，将信息传送至微控制装置中，微控制装置再结合所得数据信息展开相应处理。本系统将DHT21作为温湿度传感器，将R2868作为火焰传感装置，将MQ-7作为气体传感装置，烟雾传感器选择MQ-2，如上四种传感装置，向各自对应处理装置中发送数据，并将四路数据共同集中于处理装置中展开决策，融合多传感装置，借此还可有助于系统精读的提升。

六、监测系统主要模块设计

6.1驱动控制输出模块

智能楼宇具备面积达且空间复杂等特点，因此，在实施过程中桀纣有线电源难以对系统供电需求加以满足，为保障系统正确运行，可将脉冲式电磁阀应用至系统供电中，此电磁阀无需长久供电，仅借助瞬间的脉冲信号便可对电磁阀开关加以控制，在智能楼宇中具备较高适用性。通常情况下脉冲式电磁阀工作电压多为40V-12V，主要由黑线、红线、白线三者共同控制，其中公共端接入线为白线，在红线、白线间脉冲信号高于12V时，便可打开电磁阀，当黑线、白线二者产生脉冲信号时，则可关闭电磁阀。

6.2存储电路模块

铁存储器（FRAM）为一种非易失性随机存取储存器，除可存储非易失性数据外，还可具备RAM相同的操作功能。因此，此系统中选用FM25L256铁存储器，此存储器可以总线速度展开操作，不会存在延时问题，仅需数百纳秒即可。芯片中存储数据后，进入下一个总线周期时，便可即可展开，在此过程中无需再展开数据轮询活动。

除此之外，FM25L256读写次数不受限制，具备低能耗特点，工作电压处于3.6V-2.7V间，运行过程中的工作静态电流仅为5μA。

6.3实时时钟模块

此系统中的时钟模块以PCF8563时钟芯片作为主要器件，为能耗较低的CMOS日历芯片及实时时钟，可提供1个掉电检测装置、中断输出装置、可编程时钟输出装置，全部数据、地址均以I2C总线接口展开传行传递。无线自适应火警监测系统中借助芯片的应用，可提供一定时间基准，结合设置完成数据的采集，将数据存储器定时存入，还可对微控制装置自动唤醒，自动收集数据，对实时时钟芯片的多种需求加以收集。

七、结束语

综上所述，及时、有效、准确的无线自适应火警监测系统的构建在人民生命财产安全保障中发挥着重要作用，因此，楼宇建设人员在智能楼宇建设中需引入先进技术，如可将具备低能耗、分布范围广的ZigBee技术同火警监测系统有机融合，借此推动先进的无线自适应火警监测系统的构建，提高智能楼宇安全性，保障人民安全。

参  考  文  献

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