基于LM3S9B96的無線智能樓宇火災消防報警系統設計?

劉孝趙 王 成

（蘇州經貿職業技術學院機電與信息技術學院 蘇州 215009）

基于LM3S9B96的無線智能樓宇火災消防報警系統設計?

劉孝趙 王 成

（蘇州經貿職業技術學院機電與信息技術學院 蘇州 215009）

論文針對現有樓宇火災消防報警系統存在的問題，設計了基于LM3S9B96的無線智能樓宇火災消防報警系統，該系統提出了LM3S9B96和CC2530結合的無線通信節點設計，利用ZigBee網絡節點CC2530來采集樓宇環境數據信息，通過GPRS數據網絡把數據信息傳輸至Web服務器，實現了遠程對樓宇環境的實時監控。

無線；ZigBee；CC2530

1 引言

雖然當今社會城市化進程不斷擴大，但是我國的建筑物消防報警智能化的程度還遠遠未達到要求，仍然以傳統的有線報警為主［1］。隨著現代電子技術的快速發展，物聯網技術的日趨成熟，智能樓宇中的消防火災報警可以采用遠程無線數據傳輸的形式進行布局［2］，節省消防系統安裝成本、運營成本以及維護成本。本設計將以ARM芯片LM3S9B96為核心控制中心，結合ZigBee技術的無線傳輸功能，將消防火災監測數據溫度、煙霧、火焰以及視頻信號遠程傳輸給監控終端［3］，同時自動啟動火災報警信號，從而實現對智能樓宇內部、外部火災環境的感知，讓居住的人們及早發現火災的危險信號，避免更大的生命和財產損失。

2 系統工作原理

為了建立能夠滿足智能樓宇火災消防遠程無線采集系統功能，本系統前端負責采集和處理傳感器的數據［4］，控制終端對火災報警遠程實時監控，并根據實況進行報警處理，以免發生誤判。無線智能樓宇火災消防系統主要包括數據采集端、視頻監控端、集中器、監控中心、移動終端，最終形成一個無線傳感器的結構。其系統結構圖如圖1所示。

圖1 系統結構圖

3 硬件設計

3.1 LM3S9B96的最小系統電路

本文設計的核心MCU選用TI公司生產的LM3S9B96芯片，它是基于ARM Cortex-M3的32位MCU，高性價比，它的成本是之前系列的8位和16位MCU的價格［5］，其芯片外部時鐘源有兩個，核心CPU的工作頻率是80MHz，它在運行時，處理性能高達100DMIPS，具有ARM Cortex SysTick定時器，芯片內擁有高達50MHz的256KB單周期閃存和96KB單周期SRAM［6］，并且芯片內部的ROM還加載了StellarisWare軟件，而且具有擴展的外設接口和串行接口，它的復位電路可以通過軟硬件不同方式來實現復位功能。

3.2 無線通信智能節點設計

無線通信智能節點設計采用ZigBee協議，硬件芯片選用TI公司生產的CC2530為核心ZigBee模塊［7］，組成終端采集節點，同時可以通過配置設備節點環境，以此來實現ZigBee協議下的終端數據采集功能。LM3S9B96控制器內部含DAC、ADC、DMA等功能模塊，以及通信功能模塊CAN總線、以太網和USB接口，且功耗低等特點，這些特點都能為ZigBee應用提供很好的硬件支持［8］。本文采用采用LM3S9B96與CC2530平臺上的ZigBee組網技術進行通信，它們之間采用SPI接口方式，其連接如圖2所示。

圖2 CC2530和LM3S9B96接口連接圖

圖 2中的 CC2530利用 FIFO、FIFOP、SFD 和CCA四個引腳來查詢數據收發狀態，充分利用SPI接口（SO、SI、CSN、SCK）與微控制器LM3S9B96進行命令傳輸和數據交換［9］。重要的引腳配置為：FIFO作為數據緩存判斷端對應PC7引腳；FIFOP端作為接收數據包的判斷引腳，對應微控制器中斷引腳PC6。這樣連接的優點是，如果在接收模式狀態，當發生幀接收完或數據越界時，微處理器可以利用FIFOP引腳來進行中斷操作，FIFO引腳可以用來判斷數據是否都處于接收FIFO中。當然這些是硬件配置，還有一部分需要軟件來進行配置。

4 軟件設計

設計只有硬件還不足以實現功能，必須以軟件來進行輔助完善，讓軟件來實現系統設計的功能，提升系統整體性能。本文軟件設計主要有ZigBee環境數據采集節點系統、協調器節點系統、主控制器系統、終端監測上位機軟件設計系統。在ZigBee系統網絡中，數據采集節點利用傳感器采集樓宇環境信息，發送到ZigBee網絡協調器節點［10］，LM3S9B96主控制器對接收到的ZigBee網絡傳輸過來的樓宇環境信息進行解析處理，然后再發送給GPRS模塊，GPRS模塊通過GPRS數據網絡將樓宇環境信息發送至Web服務器，且在移動終端或監控終端均可訪問服務器監測樓宇環境信息的參數。由于軟件系統設計模塊較多，這里給出最重要的主控制器軟件系統設計流程圖如圖3所示。

5 系統測試分析

該系統功能測試應用時，遠程控制終端云界面采用VC語言進行編程，其主要包括7個窗體模塊。

ZigBee采集端進行功能測試時，各個設備的連接點通信正常，對采集的溫度、火焰、煙霧量環境信息的靈敏度測試良好，同時對超過設定的閾值參數時，報警功能也正常工作。圖4是對模擬高溫環境狀態下的實時監測數據，并發出報警信號。

圖3 主控制器程序設計流程圖

圖4 節點實時監測圖

經過仔細觀察和記錄，測試結果如表1所示。通過表1的測試結果可以確定各個節點通信正常，且傳感器的靈敏度也較為良好，整個系統設計功能可以滿足無線火災消防報警的需求。

表1 系統功能測試結果

6 結語

本文設計了基于LM3S9B96的無線智能樓宇火災消防報警系統，并結合了ZigBee協議無線網絡技術，彌補了傳統火災消防報警系統的不足。在設計中，利用ZigBee網絡節點CC2530來采集樓宇環境數據信息，實現了對樓宇環境的實時監控，主控制器LM3S9B96與協調器節點通過串口相連，GPRS模塊接收主控MCU處理過的環境數據信息，再通過GPRS數據網絡把環境數據信息傳輸至Web服務器［11］，這樣用戶就可以方便地在監控終端或移動終端實時對樓宇環境進行監控，同時可以遠程開啟視頻監控，防止誤報信息，從而更好地防止火災發生。本設計系統在實驗室環境下運行測試良好，能夠對樓宇火災環境更好地進行實時監測。

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Design of Wireless Intelligent Building Fire Alarm System Based on LM3S9B96

LIU XiaozhaoWANG Chen
（Institute of Electrical and Information Technology，Suzhou Institute of Trade&Commence，Suzhou 215009）

In this paper，aiming at the existing problems of building fire fire alarm system，the LM3S9B96 based wireless smart building fire alarm system is designed.The system is proposed the LM3S9B96 and CC2530 combined with design of wireless communication node.Zigbee network node CC2530 is used to building environment data information.It is throughing the GPRS data network to transmit data to web server.The paper has realized the remote real-time monitoring of the building environment.

wireless，ZigBee，CC2530

TP39

10.3969/j.issn.1672-9722.2017.11.046

Class Number TP39

2017年5月6日，

2017年6月27日

蘇州市科技應用基礎研究計劃項目（編號：SYN201524）；蘇州市相城區重點產業技術創新專項（編號：XJ201520）資助。

劉孝趙，男，碩士研究生，實驗師，研究方向：嵌入式系統應用。