基于ZigBee技術的高校宿舍煙霧火警系統

潘健

摘 要：高校宿舍的火警預防是高校宿舍安全建設的重要內容，及時準確的預警系統可以幫助高校防范于未然。本文采用現今流行的ZigBee傳感器網絡技術對數量多密集分布的宿舍煙霧火情進行實時監控，無線采集煙霧數據匯集給宿舍管理端進行顯示和處理，如果有火警信號，宿舍管理端可以通過GSM技術撥打電話和發送短信遠程向管理人員報警，起到了很好的報警效果。

關鍵詞：ZigBee技術 氣體傳感器 GSM技術

中圖分類號：TN92 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）11（b）-0012-02

面對高校各種電子設備使用不當造成火災的危害，怎樣預防是時下高校迫切需要關注的話題。使用人工監管的方式對火災進行監視，易于疏忽且不方便，設計出一種智能且高效的監管檢測裝置尤為必要。本系統基于ZigBee技術的無線傳感網進行研究和設計，通過選用高效的氣體傳感器，對高校宿舍產生的煙霧火情實時監控，將氣體傳感器采集到的氣體濃度經過一系列的轉換，再通過ZigBee路由器進行數據解析處理，再通過ZigBee協調器進行數據收集，將這些數據發送給宿舍管理員的電腦監控系統，通過數據比對，判斷有害氣體濃度值是否超出預警值范圍，如果檢測到的氣體濃度值在預設值范圍內，則系統繼續監控并實時采樣，一旦數據顯示超出預警值，系統立刻發出聲光報警，同時加入的GSM通信模塊也會以電話及短信的方式報警，提醒管理員某宿舍發生了危險，管理員因此可以防范于未然。在此系統中采用了ZigBee組網技術和GSM通信技術，相比傳統有線通信，大大降低了系統施工復雜度，并且提高了施工的靈活性及系統成本，同時加入GSM電話及短信提醒使遠程報警更加有效，對實現火災預警也具有重要意義。

1 系統總體方案設計

在高校宿舍居住人群比較集中的情況下，通過安裝報警裝置起到火災預警是很有必要的。安裝無線煙霧火警裝置不受布線困擾，各個宿舍都可以安裝無線煙霧火警裝置，通過ZigBee無線組網技術，與宿舍管理端裝置形成一個可控的網絡連接。系統被分成兩大部分，分別是宿舍檢測端和宿舍管理員端，并組成了一個完整的系統。

根據總體方案圖顯示，無線煙霧火警裝置安裝在每一個宿舍，每個宿舍都相當于一個監控點，當裝置采集到的煙霧信息以后，無線發送至管理端的匯聚點，并傳輸到管理端的PC機上。當檢測到危險時，裝置就會通過ZigBee無線技術發送到宿舍管理終端的電腦上，宿舍管理端收到報警信息后，宿舍管理員的PC機上就能通過系統配套的上位機得知發生火災的具體宿舍號碼，同時宿舍端會發出聲音報警提醒管理人員，除此之外，連接在宿舍管理終端上的GSM模塊收到報警指令后，還將立即撥打報警電話和發送報警短信遠程通知指定人員。

宿舍安裝的無線煙霧火警裝置在ZigBee技術中相當于路由器角色，主要負責發現并允許其他路由節點的加入。

該裝置信息采集主要依靠MAX30105高敏感度光學煙霧火焰傳感器，實時采集宿舍煙霧濃度值，一旦檢測到有煙霧火情，裝置會發出聲光報警，通過無線單片機CC2530基于ZigBee技術向宿舍管理端發出警報，提醒管理員有宿舍發生了火情。

宿舍管理端裝置在ZigBee技術中相當于協調器角色，主要負責組網和控制網絡節點的加入，接收節點傳輸過來的數據。當宿舍管理端的無線單片機CC2530收到報警信號后，啟動聲光報警，PC機上監控軟件立即顯示發生火情的房間號碼，同時通過GSM模塊給指定人員撥打報警電話和發送報警短信，以便在火災發生初期及時救援。

2 無線報警系統軟件設計與實現

2.1 ZigBee裝置軟件設計

在ZigBee技術中，為了在應用層協調器和路由器雙方能夠順利通信，本系統采用了固定格式的通信協議。通信協議分為命令幀和應答幀，其中命令幀是PC電腦通過協調器發出的，應答幀是路由器收到協調器的命令幀以后，經過相應的解析執行再返回給協調器的數據幀。

宿舍管理端裝置上電后，在ZigBee技術中作為協調器角色，開始建立網絡，分配節點地址，然后在ZigBee應用層依次調用相應函數，使系統開始工作。

宿舍管理端裝置建立網絡后開始輪詢是否有無線數據系統事件AF_INCOMING_MSG_CMD，進而通過SampleApp_MessageMSGCB（）函數對接收到的數據進行解析判斷，判斷接收的數據是煙霧數據還是報警命令。如果是煙霧數據，在此函數中調用拷貝函數memcpy （）函數將接收緩存區的數據復制下來，再使用HalUARTWrite （）串口發送函數將復制的煙霧數據通過串口發送到電腦上；如果是火警信息，在此函數中調用HalUARTWrite （）串口發送函數將報警信息通過串口發送給PC電腦，并且驅動聲光報警器報警。

宿舍管理端裝置工作后，無線煙霧火警裝置隨之開始工作，它首先加入宿舍管理端裝置創建的網絡，然后它周期性地檢測煙霧和火情信息，將感知到的信息發送給宿舍管理端進行信息轉發。

由以上流程圖可知，裝置加入網絡后，開始啟動煙霧檢測事件，通過osal_start_timerEx（）函數的設置，每隔2s檢測一次煙霧濃度及火情，然后判斷煙霧濃度值是否超標。如果超標，則通過函數SendPacket（）將32字節報警信息打包，發送報警信息給宿舍管理端，然后啟動聲光報警。

2.2 PC端上位機軟件設計

火情報警軟件是位于宿舍管理終端連接在PC機上的管理軟件，該軟件使用C#編程語言進行開發，為了更加直觀管理和發現火情，從而快速地為撲滅火情做好準備。該軟件通過PC機與宿舍管理端裝置連接，及時從宿舍管理終端接收到火情信號指令。

火情報警軟件啟動后，需要先查看連接管理終端的串口號。當串口打開以后，后臺依據通信格式將自動發送獲取全網地址指令“&WSNRNWyyyyyyyyyyyyyyyy*”，然后可以獲取宿舍節點的相關信息。在進行管理的時候，還需要進行信息的綁定，將房間號和對應的宿舍節點網絡地址綁定起來，并且將綁定表存放到數據庫。火情報警軟件當未出現火情報警的時候，狀態是顯示正常的，當出現異常時，它將從數據表中通過宿舍節點網絡地址查詢對應的房間號，并將房間號和發生火情的時間顯示在上位機界面上，并存入數據庫。當異常結束時，只有點擊“解除報警”，狀態才會顯示回正常。此外，該軟件還有設置接收手機號和接收短信內容的功能，當發生報警時，軟件通過GSM串口模塊，將報警房間號以短信的形式通知宿舍管理員及撥打宿舍管理員電話。

3 結語

報警裝置使用ZigBee技術組網方式靈活，施工簡單，穩定工作時間長，報警及時。通過對該系統的實際應用，幫高校及時預防災情的發生起到了良好的效果。

參考文獻

[1] 何媛.家用煙霧報警器設計研究[J].機械設計，2016（9）：105-108.

[2] 潘曉貝.基于ZigBee的溫室環境監控系統設計[J].三門峽職業技術學院學報，2014（4）：112-115.

[3] 魏雅.基于單片機的多功能火災報警器的設計與研究[J].無線互聯科技，2017（6）：60-61.