基于ZigBee技術的天燃氣泄露檢測及火災報警系統設計

胡晗　吳學軍　朱娟

【摘 要】針對傳統的火災報警系統電路復雜、布線多和靠性差的缺陷，利用ZigBee無線數據傳輸技術，避免在復雜環境中的布線;通過天燃氣泄露傳感器檢測火災隱患，通過紅外線測溫傳感器、亮度傳感器以及煙霧傳感器檢測火災的發生，并迅速獲得火災發生的具體位置，進而迅速采取措施將火災損失降到最低。

【關鍵詞】ZigBee技術;天然氣泄漏檢測;火災報警

中圖分類號： TP277 文獻標識碼： A文章編號： 2095-2457（2019）10-0038-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.10.013

Design of Gas Leak Detection and Fire Alarm System Based on ZigBee Technology

HU Han WU Xue-jun ZHU Juan

（Hubei University of Arts and Science，Xiangyang Hubei 441053，China）

【Abstract】In accordance with the defect of complex circuit、Wiring more and low reliability of traditional fire alarm system，ZigBee wireless data transmission technology is used to avoid wiring in complex environment;gas leakage sensor can detect hidden fire hazards;infrared temperature sensor，brightness sensor and smoke sensor can find fire occurrence， and the specific location of fire occurrence is quickly obtained，these measures could minimize the fire damage.

【Key words】ZigBee technology;Gas leakage detection;Fire alarm

0 引言

隨著現代化城市布局的擴大和經濟的發展，大的工廠車間，大型倉庫、超市以及高層建筑物比比皆是， 這些場所由于天然氣、家用電器設備和公用電器設備使用中出現的可燃氣體泄露、電氣設備過載、過熱、短路等不安全因素，均具有火災隱患，重特大火災發生概率呈上升趨勢。現代火災已呈現出立體化、復雜化、多樣化的趨勢，對人民的生命和財產造成很大的威脅和損失。

有效的火災報警系統成為保護人身生命財產安全的重要設施。現在火災報警系統的形式多種多樣，一般可以分為三種，即智能型火災報警系統、全總線型火災報警系統和兩者都有的綜合型火災報警系統[1]。傳統的報警系統由于電路復雜、布線多、可靠性差，已經逐漸被總線型報警系統取代，這種自動報警系統己采用微處理器控制，通過總線與控制器實現信號傳送，它同以前的產品相比有了很大的飛躍，布線工作顯著減少，安裝調試變得容易，降低了安裝和維修費用，目前國內生產的火災自動報警系統大多數為此類產品。但隨著社會的發展，這一系統已逐漸暴露出它的問題。由于采用了有線連接，線路容易老化或遭到腐蝕、磨損，系統耗材多、造價高、功耗大、擴展能力差、設計、施工與維護復雜，在火災發生前后不能有效地發揮其作用[2-3]。

解決這些問題的最佳方法就是取消硬線連接，使用可以即插即用的無線系統。主要的無線網絡技術有藍牙技術、紅外線技術、Wi-Fi技術等，這些技術各有優缺點。火災報警系統除了要求具有較好的可靠性，穩定性和實時性外，還希望火災報警器的成本較低，方便大規模地在倉庫、樓宇內布置節點，但藍牙技術集成復雜，成本高通信距離短，紅外線技術只能在兩種設備之間連接，Wi-Fi技術功耗大，都不適用于火災報警。而ZigBee技術由于低功耗，低成本，組網能力強，成為火災報警系統的最佳選擇。

1 ZigBee技術簡介

ZigBee是基于IEEE802.15.4標準的低功耗個域網協議，其特點是近距離、低復雜度、自組織、低功耗、低數據速率、低成本，主要適合用于自動控制和遠程測控領域，可以嵌入各種設備[4]。ZigBee節點所屬類別主要分三種，分別是協調器（Coodinator）、路由器（Router）、終端（End Device）。同一網絡中至少需要一個協調器，也只能有1個協調器，負責各個節點，16 位地址分配（自動分配），理論上可以連上65536個節點，ZigBee標準指定了三種網絡拓撲：星型、樹型和網狀網[5]，如圖1所示。

2 系統總體設計

本系統主要由ZigBee無線傳感器網絡、本地監測中心等部分組成。無線傳感器網絡由無線傳感器節點、路由器、網絡協調器組成。系統工作時，協調器負責網絡初始化和建網，無線傳感器節點上電后自動搜尋并加入網絡，這樣就完成了ZigBee網絡的構建。系統總體結構如圖2所示：

3 硬件設計

3.1 ?無線傳感器節點硬件設計

無線傳感器節點的主要任務就是對現場情況進行監測，當檢測到天然氣泄漏、或者感知火災發生時，及時通過CC2530將報警信息和位置發送至路由器節點，再由路由器節點傳遞給協調器，最后由監測中心發出報警，并顯示出具體位置，無線傳感器節點模塊框圖如圖3所示。

3.2 協調器及監測中心節點設計