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1、基于ZigBee技术的无线消防报警定位系统摘要:火灾报警系统是早期探测火灾、将火灾遏制在萌芽状态的重要设备。随着信息与网络技术的迅速发展,使得分布智能式、大容量、网络化的火灾报警控制器的实现成为可能。本文研究ZigBee无线消防报警定位系统。 关键词:火灾报替系统;无线传感器网络;ZigBee;定位 消防一直是关系社会安定和公众安全的重要问题。随着现代化城市布局的扩大和经济的发展,建筑物内人口的增加,煤气、家用电器设备和公用电器设备使用中出现的可燃气体泄露、电气设备过载、过热、短路等不安全因素,均具有火灾隐患,重特大火灾发生几率呈上升趋势。现代火灾已呈现出立体化、复杂化、多样化的趋势
2、,对人民的生命和财产造成很大的威胁和损失。 一、无线火灾报警系统 无线火灾报警系统与传统的有线系统的区别在于:前者是通过无线信号而不是用导线将各个装置连成一个系统,这就使得硬件系统的安装简单而快速,最大限度减少对客户的干扰和对建筑物的破坏。无线火灾报警系统借助于无线电信号而不是导线传输数据,并用电池为系统组件提供工作电源。当传感器监测到异常信号,短波无线电在1秒之内将所得数据传送到控制面板,由天线完成系统的主要输入输出。 如今,几乎所有布线连接的电器装置都可以改由无线电信号来控制,同时随着电器元件的成本、自动化装配成本的下降,无线火灾报警系统的成本也随之大幅度降低,并且随着
3、系统整体性能的提高,无线火灾报警系统在很多情况下与有线系统相比,无论是在性能上还是价格上,都具有相当大的竞争力,同时由于安装速度快,对建筑物损毁小,无线火灾报警系统的优势日趋明显,应用场所日益广泛,其潜在市场正在被打开。 二、无线消防报普定位系统总体设计 ZigBee协调器、中继器(路由器)和终端设备以边缘为星型的网状拓扑方式连接。当网络中某处物理位置发生火警时,其附近传感器节点感测到火警并将其通过网络传播出去;进入火灾现场的消防人员随身携带嵌入了无线模块的移动装置,视为网络中的移动节点,它通过向其周围固定安装的位置已知的节点发送测量命令消息,接收到消息的节点通过其中所包含的
4、信息可为位置未知的移动节点估算出所在位置。网络协调器可将网络信息传送到PC中,从而可了解网络节点工作情况以及消防人员的位置。 (一)硬件总体设计方案 根据国内无线频谱管理相关规定,基于ZigBee标准的产品只能选择2.4GHz频段的器件。目前已经推出了MCU与RF集成的“射频SoC”。例如Chipcon公司2006年第一季度推出的CC2431,它由2.4GHzDSSS射频收发器核心和增强型工业标准的8位8051微控制器组成,是目前世界上仅有的带有128K闪存的8051内核的ZigBee无线单片机,并带有定位跟踪引擎。从本设计的功能要求和性能指标来看,此类器件无疑是非常理想的选择:低复
5、杂度,低功耗,低速率,体积小,并能同时方便地满足组网和定位的需要。但是经过市场调研后发现,“物美”却不“价廉”,无论是芯片还是开发工具都价格不菲。 出于符合要求又兼顾成本的综合考虑,经过对不同方案的研究和对比,决定还是采用独立MCU与RF器件的硬件架构。MCU采用Microchip公司的PIC18LF2620,它是8位微控制器,低电压供电,28个管脚包含3组双向1/0,中断和定时器资源都很丰富,并且很容易将程序功能扩展移植到40脚的PIC18LF4620。RF采用Chipeon公司的Ce2500,它的工作频带范围为2400~2483.5GHz,采用0.18微米CMOS工艺,外形小,需要
6、的外部元件数量少,而且价格十分低廉,低电压供电,高接收灵敏度,属于超低成本ZigBeeRF芯片。其余的器件比如传感器、串口通信器件等,以及必要外围器件如LED,均考虑了体积与功耗因素。 (二)软件总体设计 要组建一个基于ZigBee技术的无线消防报警定位系统,首先要对数据进行采集和处理,例如环境感测数据;然后要实现节点间的通信,才能将获得的信息从一个节点传送到其他节点;最后要进行组网以及定位估计,才能最终实现一个自组织网络并对移动未知节点进行定位。1、数据采集与传输 这一部分主要包括传感器信息的采集、所使用的几种通信方式、数据传输机制。 传感器信息的采集,其实就是处理传感器和微控
7、制器的接口。传感器将采集来的模拟量转换成数字量,送进微控制器;微控制器根据所得数据进行相应处理。 IEEE802.15.4规定所有的通信是基于包的。在数据通信部分,RF芯片已经对一些功能例如CCA、LQI、同步字探测、地址校验、自动CRC等给予了硬件支持,这些减少了软件设计时对于数据包形成和接收检验的工作量。本设计是采用非信标使能的网状拓扑结构,它的通信机制在IEEE802.15.4规范中有详细的定义和说明,设计时应按照规范,采用
