無線智能火災自動報警系統設計

黃觀生

摘要：伴隨城市建筑智能化建設與水平的提升，其對火災自動報警系統效率以及預警技術的需求也愈發提高、嚴格。在智能建筑物的設計上，尤其是火災報警系統的設計。因此在進行火災自動報警系統設計規劃工作進程中，需要盡可能考慮到系統報警作業與建筑環境之間的適應度，運用先進技術推動系統整體結構與軟、硬件設計水平的優化，提升對建筑火情預警與防范的能力，以便在火災發生前及時疏散人群，控制火勢蔓延，保護人們生命與財產安全。

關鍵詞：無線智能；火災自動報警系統

1導言

目前，傳統的火災報警系統大多需要在布放場所架設線路，靈活度低，不具備智能性的自動報警功能，并且由于線路架設的局限性并不能在森林和牧場等大范圍區域鋪設。因此，當前急需開發出一種高靈敏度、較強靈活性、施工維護簡單且后期維護成本低的無線智能火災自動報警系統。隨著現代無線通信技術和無線傳感器網絡技術的發展，將傳統火災報警系統與無線通信技術和無線傳感器技術相結合能夠很好地解決傳統火災報警系統自身存在的問題，拓展火災自動報警系統的空間靈活度與智能性，從而形成一種無線智能火災自動報警系統。該系統能夠在大空間尺度、全方位地對火災防護區域進行全天候監控，并及時將火災信息通過特定分析方式進行處理并在火災發生初期進行報警，同時也可直接控制滅火聯動設施對火災進行預滅火處理。

2總體設計方案

無線智能火災自動報警系統的應用場景主要包括居民小區、商業建筑和森林保護區等。整個系統需要實現節點火情信息采集、節點間無線通信和集中式火情信息處理。整個無線智能火災自動報警系統的結構分為2層。第一層為基于總線的節點內部控制網絡，其主要功能是完成各個節點處的火情信息采集與集中。第二層為基于無線通信的整體控制系統，實現各個節點和系統控制器間的無線通信及對火情信息的智能分析。

圖1中的無線智能火災自動報警系統主要由終端火災信息采集裝置、分布式無線通信節點、聯動控制裝置和集中式中央火情處理器和PC端組成。終端火災信息采集裝置主要由于例如氣體探測器和火焰探測器等火災信息探測器及手動火災報警器等設備組成，其實現火情信息的實時收集并感知外界環境。分布式無線通信控制節點實現各個通信控制各節點與集中式中央火情處理器之間的信息無線傳輸。集中式中央火情處理器將各個探測節點的信息進行集中式的處理轉換與數據分析，通過預先設定的算法得出火情信息，向PC端及各種火災防護聯動控制裝置發出對應控制信號。

3分布式無線通信節點設計

3.1分布式無線通信節點設計需求

在無線智能火災自動報警系統中無線通信有著十分顯著的特點，在具體設計時應該根據其具體需求來選擇合適的無線通信技術。（1）實時性。火災報警系統需要對監控區域內的火情迅速響應，整個無線通信系統需要快速的對火情信息進行傳遞，從而保證整個系統的高靈敏度。（2）數據量較少。整個報警系統需要傳遞的信息主要為終端火災信息采集裝置所采集到的火情信息和控制信號，這些數據大部分為數字量，所以整個系統內的需要傳輸的數據量相對較小。（3）低能耗。由于整個無線系統架設條件可能受到限制，無線通信節點不能直接連接上電能系統，只能靠其內部的電源對其進行供電。所以無線通信節點的設計需要做到低能耗，從而保障節點的工作壽命。針對整個火災自動報警系統各個無線節點傳輸距離短，信息傳輸量少，傳輸速率要求不高等特點，選用ZigBee技術作為整個無線火災自動報警系統的無線通信手段。運用ZigBee技術實現整個火災自動報警系統的無線通信，拓展整個系統的空間靈活度。

3.2ZigBee技術

ZigBee無線通信技術是21世紀初出現的一種新型的無線通信技術，其工作在全球流行的2.4GHz的頻段，最高的傳輸速率可達到250kb/s。其具有低功耗、低成本、反應迅速、安全可靠等特點。在功耗方面，由于其自身的傳輸速率較低，發射功率只有1mW左右，且在其不發送數據時會進入休眠狀態能進一步減少了整個設備的損耗。其休眠激活延時及傳輸延時都處于毫秒級，非常適用于實時性要求高的無線控制系統。在工程中常用的ZigBee網絡拓撲有星型結構和混合式結構2種，星型結構組網較為簡單，各個節點設備只能與協調器之間進行通信，屬于一種集中式分布網絡，適用于覆蓋范圍較小的無線網絡。混合式結構可以實現無線網絡的大規模覆蓋，可靠性高但同時存在成本較高的缺點。在無線智能火災自動報警系統中可根據具體應用場景選擇適用的拓撲結構，居民小區和商業建筑等場所監控范圍相對較小可選用星型結構，森林等區域應選用覆蓋范圍更廣的混合式結構。

4節點內部控制網絡設計

通過節點內部控制網絡實時監控整個火災防護區域與火情相關的信息，對整個區域的情況進行實時感知。節點內部網絡通過火災信息采集裝置采集火情相關信息，通過內部通信網絡將這些信息傳輸到分布式無線通信節點。

4.1火災信息采集裝置

火災信息采集裝置主要是采集發生火災時的物理特征值信息，其中包括火災初期產生的大量煙霧，劇烈燃燒時所產生的大量熱量、熱輻射和聲音等。分析應用場合普遍可燃物在火災發生時燃燒的物理化學特點，可以得出所需信息采集器的類型分類。火災發生時會發生物質的轉換，產生可燃氣體、燃燒氣體等氣體類產物和煙霧顆粒、氣溶膠等固體產物。可以通過布置氣體探測器、感煙探測器和靜電探測器等探測這些物質，從而采集火災信息。火災發生時也會發生能量的轉換，可燃物劇烈燃燒時伴隨著溫度的升高，火焰光和燃燒音的產生。通過感溫傳感器、火焰傳感器和聲音探測器可以分別采集監控現場的對應信息。通過多種類火災信息采集裝置信息融合的方式提高信息的維度，在集中式中央火情處理器中通過智能算法實現火情的準確分析與預警，提高整個系統的智能性與準確性。

4.2內部通信方式設計

各終端火災信息采集裝置收集的信息需要傳遞到分布式無線通信節點進行集中匯總，需要實現終端火災信息采集裝置與無線通信節點之間的通信。由于各個節點內的終端火災信息采集裝置離節點距離一般不長，甚至會對這些裝置與無線節點進行集成，所以選用有線的通信方式。二總線是消防系統中常用的現場總線，其將供電線路與信號線路合二為一，減少了總線的數量，降低了施工的難度和成本，同時可實現自動同步的編碼通信，其通信距離遠，2000m左右距離傳輸數據無需中繼器。結合內部通信方式設計的需求，選用二總線作為內部通信方式。

5結語

該無線智能火災自動報警系統采用ZigBee無線通信技術和人工神經網絡算法，實現了多場所的無線智能火災實時監控，具有可靠性高、智能性強和拓展性高等特點。使用總線加無線的系統網絡架構解決了傳統火災報警系統有線通信線路布線復雜、可維護性差等問題，擴大了整個火災報警系統的覆蓋范圍。采用非線性智能算法和多傳感器融合監控，使整個系統響應速度快、實時性強、可靠性高，有效提高了報警速度與準確性。

（作者單位：劉廣州保得威爾電子科技股份有限公司）