淺議ZigBee在無(wú)線火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用

孔云科

(新疆消防總隊(duì),新疆烏魯木齊 830000)

1 無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的研究背景和意義

無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)能夠多路徑、自修復(fù)和自管理,免進(jìn)行麻煩的布線,能發(fā)現(xiàn)早期火災(zāi),數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采用的是分布式,在部分節(jié)點(diǎn)損壞時(shí)可通過(guò)重組繼續(xù)工作,擁有廣泛分布的節(jié)點(diǎn)和信息融合機(jī)制,能使系統(tǒng)的誤報(bào)漏報(bào)率降到最低。目前主流的短距離無(wú)線通信技術(shù)主要包括ZigBee、紅外通訊技術(shù)、HomeRF(家庭射頻)、藍(lán)牙、RFID(射頻識(shí)別技術(shù))等,ZigBee是一種新興的短距離無(wú)線通信技術(shù),傳輸距離短、耗能低、簡(jiǎn)單、速率低、成本小、雙向無(wú)線通信是它的特點(diǎn),介于無(wú)線標(biāo)記和藍(lán)牙之間,經(jīng)對(duì)比ZigBee技術(shù)更適合應(yīng)用于無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。

2 ZigBee無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)基本組成及工作原理

(1)基本組成。ZigBee技術(shù)是一種新興的短距離無(wú)線通信技術(shù),無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)由探測(cè)終端和控制中心兩部分組成,其中探測(cè)終端用于數(shù)據(jù)采集傳輸,控制中心用于數(shù)據(jù)接收處理。

探測(cè)終端組成如圖1所示,探測(cè)終端由探測(cè)器和傳輸裝置組成,當(dāng)探測(cè)器探測(cè)到火災(zāi)時(shí),將信息轉(zhuǎn)換成火災(zāi)信號(hào),同時(shí)啟動(dòng)傳輸裝置,在規(guī)定時(shí)間內(nèi)發(fā)出不同的信號(hào)。主控M C U模塊是整個(gè)探測(cè)終端的核心,負(fù)責(zé)主導(dǎo)并控制其余模塊;聲光報(bào)警模塊負(fù)責(zé)進(jìn)行聲光報(bào)警;火災(zāi)探測(cè)模塊負(fù)責(zé)對(duì)火災(zāi)進(jìn)行探測(cè),存儲(chǔ)模塊負(fù)責(zé)對(duì)火災(zāi)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ);無(wú)線收發(fā)模塊就是對(duì)信息進(jìn)行接收發(fā)送;而整個(gè)探測(cè)終端需要電源來(lái)進(jìn)行供電。

控制中心主要包括信息處理及控制模塊、無(wú)線收發(fā)模塊、聲光報(bào)警模塊、聯(lián)動(dòng)控制模塊、顯示模塊、電源模塊,其主要功能是接收和處理數(shù)據(jù)、下達(dá)命令與聯(lián)動(dòng)控制。其組成為信息處理及收發(fā)模塊負(fù)責(zé)接收無(wú)線收發(fā)模塊發(fā)來(lái)的信息,同時(shí)傳遞信號(hào)給其它模塊;同理,聲光報(bào)警模塊負(fù)責(zé)進(jìn)行聲光報(bào)警;無(wú)線收發(fā)模塊就是對(duì)信息進(jìn)行接收發(fā)送;聯(lián)動(dòng)控制模塊收到信息后,負(fù)責(zé)通知其它系統(tǒng)(消火栓系統(tǒng),防排煙系統(tǒng)等)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制。探測(cè)終端和控制中心之間通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)相連接。本文探討的是在無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中應(yīng)用ZigBee技術(shù),主要實(shí)現(xiàn)建立無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸。

(2)工作原理。無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)工作流程如圖2所示,火災(zāi)探測(cè)模塊探測(cè)到火災(zāi)信號(hào)時(shí),將物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)發(fā)送至主控M C U模塊。

主控模塊通過(guò)對(duì)傳來(lái)的信息進(jìn)行處理并發(fā)送相應(yīng)指令到其它模塊,如存在異常信息聲光報(bào)警模塊會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警。同時(shí)會(huì)將每次接收到的火災(zāi)參數(shù)信息如火災(zāi)地點(diǎn)等信息記錄保存至儲(chǔ)存模塊,無(wú)線收發(fā)模塊僅負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的收發(fā)工作,通過(guò)無(wú)線傳輸技術(shù)發(fā)送相關(guān)信息到控制中心的無(wú)線收發(fā)模塊。控制中心接收到數(shù)據(jù)之后通過(guò)信息處理及收發(fā)模塊對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合處理,并對(duì)聯(lián)動(dòng)模塊下達(dá)指定命令啟動(dòng)相關(guān)聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)(防排煙系統(tǒng)等)對(duì)火情進(jìn)行處理。存儲(chǔ)模塊記錄傳輸時(shí)間和聯(lián)動(dòng)系統(tǒng),同時(shí)聲光報(bào)警模塊發(fā)出聲光報(bào)警。

3 ZigBee技術(shù)在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)

(1)優(yōu)點(diǎn)。ZigBee技術(shù)有很好的抗干擾措施,能夠?qū)νㄓ嵲O(shè)備進(jìn)行改良,提高設(shè)備性能,減少設(shè)備間的互相干擾;使用的專用網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部能很好的自我調(diào)解、自我修復(fù);每個(gè)探測(cè)器都擁有專屬地址,能夠準(zhǔn)確收集信息,同時(shí)找到信息源。ZigBee技術(shù)還采用直序擴(kuò)頻技術(shù)(DSSS),直序擴(kuò)頻技術(shù)可以把頻率變寬,功率變小,來(lái)有效地控制噪聲,使得ZigBee技術(shù)成為一種保密性好、可靠性高、抗干擾強(qiáng)的短距離無(wú)線通信技術(shù)。ZigBee 技術(shù)遵循的協(xié)議是IEEE 802.15.4,這能夠提升生存能力。該協(xié)議可對(duì)空閑信道進(jìn)行評(píng)估,直到選取到合適信道為止;在P A N中加入已存在的信道,這就不用再重新建立信道,減少信道的重疊;故障時(shí)也能重新選擇合適的信道。這些措施就保證了Zi gB ee傳輸?shù)臏?zhǔn)確性,增強(qiáng)生存能力。比如,對(duì)于日常生活中常見(jiàn)的遙控信號(hào)干擾源,當(dāng)ZigBee設(shè)備和其距離小于2m時(shí),ZigBee數(shù)據(jù)幀被破壞得很少,當(dāng)這個(gè)距離大于2m時(shí),遙控信號(hào)對(duì)ZigBee設(shè)備的影響就不存在了。

(2)缺點(diǎn)。隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展,無(wú)線通信技術(shù)也在不斷地被廣泛使用,但是信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)受到各種干擾,導(dǎo)致信息不能準(zhǔn)確及時(shí)地發(fā)送與傳輸,從而導(dǎo)致接收端接收到的信息失真,主要原因在于傳輸環(huán)境中存在的外部嗓聲等干擾源,以及通信設(shè)備本身、通信網(wǎng)絡(luò)、和各種網(wǎng)絡(luò)間的干擾等。

1)外部噪聲干擾。外部噪聲的干擾主要來(lái)自太陽(yáng)、宇宙以及其他方面,這類干擾源具有如時(shí)間短,強(qiáng)度大等特點(diǎn)。此外,還存在一些人為噪聲干擾,包括電器、車輛及高壓輸電線等等。

2)通信設(shè)備本身的干擾。通信設(shè)備不僅受到外部噪聲的干擾,還受到設(shè)備本身問(wèn)題的干擾。特別是一些設(shè)備由于發(fā)熱而發(fā)出噪聲,從而對(duì)傳輸信號(hào)產(chǎn)生干擾,一些外界的物質(zhì)也會(huì)進(jìn)入電路,也會(huì)影響信息傳輸質(zhì)量。

3)通信網(wǎng)絡(luò)的干擾。各個(gè)探測(cè)器發(fā)出的信號(hào)會(huì)彼此影響和作用,這同樣會(huì)對(duì)信號(hào)的穩(wěn)定傳輸形成干擾。比如同時(shí)工作時(shí),易造成同頻干擾及鄰道干擾,甚至還有互調(diào)干擾。

4)網(wǎng)絡(luò)間的干擾。一個(gè)區(qū)域內(nèi)不僅僅只有一種網(wǎng)絡(luò),而是存在多個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò),并且還屬于不同系統(tǒng),如果頻率相近,之間容易形成干擾。通信網(wǎng)之間最大的干擾屬于互調(diào)干擾(兩個(gè)或多個(gè)干擾源,由于非線性作用,這幾個(gè)干擾的組合頻率等于或接近有用頻率,從而通過(guò)接收機(jī))。除了干擾之外,還有信號(hào)衰落的問(wèn)題需要解決,當(dāng)設(shè)備傳輸信號(hào)時(shí),墻、樓板等分隔物會(huì)造成信號(hào)衰落,比如反射波、繞射波,信號(hào)傳輸時(shí)一般以直射波方式進(jìn)行傳輸,經(jīng)過(guò)障礙物反射的反射波或者繞過(guò)障礙物的繞射波都會(huì)使信號(hào)衰落。

綜上所述,目前就國(guó)內(nèi)而言,火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)方面,有線的方式占著絕大部分市場(chǎng),無(wú)線的方式由于沒(méi)有相關(guān)規(guī)范,具體做起來(lái)比較麻煩,也沒(méi)有相應(yīng)審批方式,所以這一塊屬于空白,但隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及人們意識(shí)的提升,無(wú)限火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用空間會(huì)越來(lái)越廣泛。