基于ZigBee的智能樓宇無線火災監測系統的設計

付宗見 李華

摘要：無線火災報警系統作為一種新型火災報警系統，其重要組成部分包括無線火災探測器、報警控制器等，主要是通過無線探測裝置進行探測火情。在出現火情、設備故障的情況下，無線火災探測器可及時發出準確的無線電報警信號，并通過報警控制器接收此信號，進行處理火情，確保智能樓宇的安全性能。

關鍵詞：ZigBee；火災監測；智能樓宇智能樓宇概念主要是通過將樓宇模仿人的智能機理而提出的，為了實現樓宇控制的智能化發展，必須不斷引進各項全新的監測技術。采取新型的無線傳感技術ZigBee，進行收集大量的數據作為充分的調控基礎，從而實現安防管理和能源控制。能源控制任務主要在于進行管理樓宇的照明、空調等設備，安防系統主要是加強火警、盜竊類事件的報警處理。現階段，有線與無線兩種方式作為主要的數據傳輸手段，尤其是新型的zigBee作為一種先進的無線傳感技術得到了廣泛的應用，其應用優勢在于能源消耗少、安裝簡單方便、維護快捷等。

一、ZigBee技術概述

ZigBee技術作為一種無線網絡技術，主要用于中短距離無線系統的雙向傳輸，2.14GHz、868MHz、915MHz等作為主要的工作頻段。ZigBee技術可實現數據輸出、控制命令輸入等功能，滿足傳感器各種需求。基于AdHoC的路由協議，其主要特征在于數據速率低、功耗低、近距離等，可實現網絡維護成本的最小化，實現網絡的自我維護效果。

二、方案設計

（一）監測參數的選擇。智能樓宇的智能化數據采集系統具有明顯的多元化特征，本系統通過多點溫度樣值進行測量。智能化的大型樓宇，采取單監測點無法提供完整的信息。本研究通過基于無線傳感網絡的多點溫度監測系統，從不同的角度進行采集數據，多結構安置傳感器節點，才能全面監測所有的數據信息，綜合判斷所有的信息。

（二）系統架構。網絡協調器、網絡路由器和網絡終端設備作為zighee中定義的三種設備，為了增強網絡的簡單性，延長節點的使用周期，必須科學調整傳感器節點的數量與位置。本研究將星型拓撲應用于系統路由節點和終端節點之間，將網狀拓撲應用于協調器和路由節點之間。

三、系統實現

（一）硬件實現。在系統開發過程中，采取H F-C C 2 4 3 0 z D K z ig Be e開發套件、D s l s B2 0 數字式溫度傳感器，進行采集溫度數據，同時，通過c c2 43 0模組進行測量溫度，將每個模組進行連接相應的溫度采集傳感器，利用路由節點將數據發至協調節點。

（二）軟件實現。在實現軟件設計中，網絡協調器初始化信道時，產生不沖突的域網絡標識符PANlD，且MAc層 會受到由網絡層給定的網絡管理試圖發送的0x0 0 0 0作為地址。此系統采取閡值觸發機制進行發送數據，溫度大幅度下降，有效維持了較低的功耗，實現了整個系統無線通信的低消耗。

通過實現硬件與軟件，可獲取芯片內部的電壓與測量到的溫度數據，并傳輸到H F z-s m a r t RF0 4E B M的L c D屏移動終端，最終獲取檢測區域溫度數據信息。

四、總體設計

（一）系統總體結構及各部分功能。樓宇的探測器節點、路由器、系統協調器、系統中心控制組成了本系統的重要組成部分，探測器節點主要是通過溫度的變化，加強對火情的判斷。結合實際的樓宇結構，將其設置于樓宇內不同的房間中。路由器在完成數據外傳輸的同時，還具備完成探測器節點的功能。協調器進行整理接收的信息后，通過有線方式結合系統中心控制器，進行傳輸數據。中心控制器可加強對樓宇內所有實時信息的檢測。本系統中，ZigBee無線網絡的主要構成部分包括探測器節點、路由器及協調器，各個部分直接通過無線方式進行傳輸信息。協調器通過串口通信方式，將獲取的信息傳輸給系統中心控制器，并反饋于相關的工作人員，以實現良好的樓宇火災監控功能。

（二）系統設備間的通信。本系統的各個探測器節點，利用路由器將區域的狀態信息傳輸給調器，協調器經過匯總全部的節點信息，并傳遞向控制器，從而實現了樓宇的火災監測能。在系統運作中，探測器、路由器、協調器及控制器之間實現有效的信息傳輸，實現各項監測功能。系統中各個節點進行信息傳輸時的功能主要體現如下：①節點登錄。在建立ZigBee無線火災監測網絡過程中，首先是采取協調器進行組建網絡，并安裝在樓宇內部的探測器中，最終應用于該網絡當中。在網絡中置入探測器后，首先進行搜索附近的網絡，將最短路徑的路由器置入網絡中。探測器將搜索信息發送給協調器，并進行保存基本信息，為節點的管理提供充分的依據。②匯報工作狀態。工作狀態信息可確保各個探測器節點的正常運行，正常連接各個協調器。在組成系統網絡后，協調器進行接收該節點的狀態信息，并進行保存此節點發送狀態信息的次數，以增強查詢的方便性。在相應的時間內，協調器會進行查詢各個探測器節點的狀態信息，在節點未向協調器發送狀態信息的情況下，協調器將會主動要求該節點將狀態信息發送給協調器。在發送請求信息的情況下，探測器節點未向協調器發送狀態信息，則通過協調器會發現探測器節點發生故障，并顯示相關的信息。③警情匯報。系統正常工作后，探測器節點將會收集相應的溫度信息，并進行判斷該范圍內是否發生火情。在發現火情產生的情況下，探測器節點會在第一時間通過路由器接，向協調器發送相關的告警信息。協調器接收告警信息后，將進行更新探測器節點的狀態信息，并向控制器傳送該告警信息。控制器接收到告警信息后，將會顯示MAC地址、地理信息等火情節點基本信息。此時，監控人員通過了解控制器顯示的探測器節點信息，從而采取相應的火情處理方案。另外，控制器同時還會給發生火警的探

測器節點發送確認信息，探測器節點將會作出相應的動作，比如閃燈提示火情的位置，利用通過路由器及協調器向控制器傳遞確認消息，以實現良好的警情匯報功能。④節點聯動控制。在系統運作過程中，探測器節點發現有火情產生，并反饋于控制器，將向系統內的節點發送控制信息，比如通過閃燈等操作，以改變火災現場的節點的休眠狀態。實際的操作如下：在出現火情后，控制器向節點發送控制信息，節點將退出休眠狀態，實現節點的聯動，直到

消防工作人員的到來。在解除警情后，控制器將會向節點發送相應的復位命令，節點將會解除最初的報警狀態，并實現復位操作，從而進入穩定健康的工作狀態。

結束語：隨著社會經濟的全球化發展趨勢，智能樓宇概念的內涵和外延逐漸豐富化、多元化，不斷為住戶提供更加舒適安全的生活方式。ZigBee作為一種全新的通信技術，其應用可進行綜合處理傳感器數據，有效減少了數據傳輸流量，實現節點的低能消耗量，從根本上保障系統火災報警精準率的提高。綜上所述，通過將傳感器作為終端的數據采集手段，采取zig

Bee無線傳輸技術作為媒介，進行設計溫度監測系統，從而為智能樓宇高管理提供充分的技術支撐。

參考文獻：

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