基于Zigbee技術的消防報警系統設計

閆應生（勝利油田中心醫院，山東東營 257000）

基于Zigbee技術的消防報警系統設計

閆應生（勝利油田中心醫院，山東東營 257000）

消防安全一直是關系廣大人民群眾的生命和財產安全的重要社會問題。目前建筑設施中普遍使用火災自動報警系統進行防范火災和預報火災。本文從Zigbee技術出發對無線技術在現代化消防報警系統的設計和應用中做初步的探索。

火災報警系統；無線技術；Zigbee

隨著我國經濟的發展和現代化城市進程的加快，建筑尤其是高層建筑越來越多，這些建筑大多人口稠密，可燃物多，管理難度大，是消防高危建筑，具有較多的火災隱患，一旦發生火災往往給生命和財產造成重大的損失，社會影響比較惡劣。火災報警系統是現代科學發展的產物，是火災預報的重要的系統，發揮著越來越重要的作用。但是往往火災報警系統的搭建必須考慮在建筑和設計初期，后期由于成本考慮和管線鋪設等諸多問題，一般無法增加火災報警系統，那么有沒有一種低成本的方式來替代以往的火災報警系統，和在一些現有建筑設施中低成本的鋪設火災報警系統呢，我們下面來做一探討：

1 無線火災報警系統

無線火災報警系統是利用無線網絡技術鋪設監測點，將火災監測信號及時的傳遞給中控系統，對初期火災提供監測、預報和滅火。監測探頭利用無線技術將監測數據進行傳輸，免去數據線的布線和煩擾，降低成本，采用干電池為供電電源。當一旦發生火災，在很短的時間內異常信號和位置信息傳送到中控室控制主機上，由無線信號完成信息的輸入輸出。

目前藍牙和WIFI技術等無線技術已經十分成熟，但是出于功耗和安全性等各方面的考慮我們考慮現在比較新的-Zigbee技術。Zigbee具有低成本、低功率、小尺寸以及保證的互操作能力等特性，Zigbee能夠用于藍牙、Wi-Fi、超寬帶（UWB）、手機及其它無線技術不能覆蓋的大部分應用領域。

2 無線消防報警系統的總體設計

根據Zigbee協議標準和架構要求，我們必須使用采集終端、協調器、路由器等三部分，利用Zigbee的星形網狀網絡拓撲模式進行組網。當某個點發生火災時，其附件的煙感（溫感）終端探頭捕獲數據，通過協調器和路由器將數據傳回監控室總機，總機根據之前登記數據庫，核實位置并作出快速反饋和處置，和安排后續的救災聯動工作。如果給進入火場的消防員也配備上Zigbee終端，那么當隊員進入火場時，附近的協調器接受信號，并傳輸回監控室，系統自動視其為移動節點，并檢測器位置信息及移動狀況，從而確認消防人員在火災現場的位置。

2.1 硬件設計方案

根據無線頻譜管理的相關法律和規范，Zigbee標準設備只能選擇2.4ghz頻段為傳輸頻率。出于成本和綜合考量我們采用深圳市世強公司出品的集成ARM Cortex-M3和2.4G射頻收發器的ZigBee SOC產品，EM35x元件整合2.4GHz IEEE 802.15.4收發器和+8dBm功率放大器、ARM Cortex-M3核心、高達512kB的Flash記憶體和64kB RAM。Ember ZigBee元件可提供絕佳的資訊延遲和資料吞吐量，比其他ZigBee解決方案的電池壽命至少延長25%。其產品特點：主要有采用32Bit Cortex-M3內核，接受靈敏度最高達到-102dBm，內置PA，發射功率高達8dBm，支持USB接口，工作溫度范圍寬至-40-125攝氏度，小封裝7X7（m㎡），QFN-48PIN。

2.2 軟件設計

Zigbee無線消防報警系統必須要對監控點位進行采集和數據處理，并實現網間節點之間的通訊建立網絡，并將信號進行傳輸。

3 數據采集與傳輸

利用煙感（溫感）的顆粒傳感器（溫度傳感器）將模擬信號轉換成數字信號，數字信號被送往微處理器；微處理器進行信號識別和加工，然后將數據按照Zigbee協議標準采用非信標使能的網狀拓撲結構進行標準化封裝和加工。至于數據定義標準和傳輸定義模式在IEEE802.15.4都有詳細的規范和說明，我們只要按照其規范進行編碼處理即可。之后數據采取無時隙的CSM/CA算法進行傳輸，數據到達附近的協調器。協調器與終端之間數據采取雙向傳輸，遵循一致借加密和解密協議標準。協調器將數據傳輸到最近的路由器上，路由器通過RS-232串口與監控室主機進行通訊，這樣信號就完成了由終端到主機的通訊，反之數據也可以由監控主機反饋到終端。

4 組網及路由算法

這個部分主要解決協調器組網的算法，子節點向母節點發送入網申請，協調器之間組建網絡，允許子節點自由加入并建立通訊，實時掃描周圍節點，采取最有算法，建立最短路由，從而實現通訊。

5 關鍵定位算法

定位算法是整個軟件設計的非常關鍵的一環，算法非常多，有的非常復雜，我們采取比較簡單的算法RSSL的最大似然估計算法。最大似然估計算法是概率論統計學范疇，是參數估計方法其中一個。這個算法是樣本在滿足某種概率分布的情況下，但是樣本的具體參數未知，通過試驗方法，觀察結果，利用結果計算參數的大概值。相比其他算法這個算法物理定位精度可能不是十分準確，但是由于建筑設施終端節點相對密集，精度可以控制在可控范圍以內，并且可以利用符號定位提供位置參考，降低了復雜度的同時，兼顧了精度。常用算法還有自適應迭代法、距離加權估計等。

［1］王東，張金榮，魏延，曹長修，唐政.利用Zigbee技術構建無線傳感器網絡［J］.重慶大學學報（自然科學版），2006，（08）.

［2］施承，宋鐵成，葉芝慧，胡靜，沈連豐.基于Zigbee協議的無線傳感器網絡節點的研制［J］.廣東通信技術，2006，（01）.