基于Zigbee技术的消防报警系统设计

闫应生（胜利油田中心医院，山东东营 257000）

基于Zigbee技术的消防报警系统设计

闫应生（胜利油田中心医院，山东东营 257000）

消防安全一直是关系广大人民群众的生命和财产安全的重要社会问题。目前建筑设施中普遍使用火灾自动报警系统进行防范火灾和预报火灾。本文从Zigbee技术出发对无线技术在现代化消防报警系统的设计和应用中做初步的探索。

火灾报警系统；无线技术；Zigbee

随着我国经济的发展和现代化城市进程的加快，建筑尤其是高层建筑越来越多，这些建筑大多人口稠密，可燃物多，管理难度大，是消防高危建筑，具有较多的火灾隐患，一旦发生火灾往往给生命和财产造成重大的损失，社会影响比较恶劣。火灾报警系统是现代科学发展的产物，是火灾预报的重要的系统，发挥着越来越重要的作用。但是往往火灾报警系统的搭建必须考虑在建筑和设计初期，后期由于成本考虑和管线铺设等诸多问题，一般无法增加火灾报警系统，那么有没有一种低成本的方式来替代以往的火灾报警系统，和在一些现有建筑设施中低成本的铺设火灾报警系统呢，我们下面来做一探讨：

1 无线火灾报警系统

无线火灾报警系统是利用无线网络技术铺设监测点，将火灾监测信号及时的传递给中控系统，对初期火灾提供监测、预报和灭火。监测探头利用无线技术将监测数据进行传输，免去数据线的布线和烦扰，降低成本，采用干电池为供电电源。当一旦发生火灾，在很短的时间内异常信号和位置信息传送到中控室控制主机上，由无线信号完成信息的输入输出。

目前蓝牙和WIFI技术等无线技术已经十分成熟，但是出于功耗和安全性等各方面的考虑我们考虑现在比较新的-Zigbee技术。Zigbee具有低成本、低功率、小尺寸以及保证的互操作能力等特性，Zigbee能够用于蓝牙、Wi-Fi、超宽带（UWB）、手机及其它无线技术不能覆盖的大部分应用领域。

2 无线消防报警系统的总体设计

根据Zigbee协议标准和架构要求，我们必须使用采集终端、协调器、路由器等三部分，利用Zigbee的星形网状网络拓扑模式进行组网。当某个点发生火灾时，其附件的烟感（温感）终端探头捕获数据，通过协调器和路由器将数据传回监控室总机，总机根据之前登记数据库，核实位置并作出快速反馈和处置，和安排后续的救灾联动工作。如果给进入火场的消防员也配备上Zigbee终端，那么当队员进入火场时，附近的协调器接受信号，并传输回监控室，系统自动视其为移动节点，并检测器位置信息及移动状况，从而确认消防人员在火灾现场的位置。

2.1 硬件设计方案

根据无线频谱管理的相关法律和规范，Zigbee标准设备只能选择2.4ghz频段为传输频率。出于成本和综合考量我们采用深圳市世强公司出品的集成ARM Cortex-M3和2.4G射频收发器的ZigBee SOC产品，EM35x元件整合2.4GHz IEEE 802.15.4收发器和+8dBm功率放大器、ARM Cortex-M3核心、高达512kB的Flash记忆体和64kB RAM。Ember ZigBee元件可提供绝佳的资讯延迟和资料吞吐量，比其他ZigBee解决方案的电池寿命至少延长25%。其产品特点：主要有采用32Bit Cortex-M3内核，接受灵敏度最高达到-102dBm，内置PA，发射功率高达8dBm，支持USB接口，工作温度范围宽至-40-125摄氏度，小封装7X7（m㎡），QFN-48PIN。

2.2 软件设计

Zigbee无线消防报警系统必须要对监控点位进行采集和数据处理，并实现网间节点之间的通讯建立网络，并将信号进行传输。

3 数据采集与传输

利用烟感（温感）的颗粒传感器（温度传感器）将模拟信号转换成数字信号，数字信号被送往微处理器；微处理器进行信号识别和加工，然后将数据按照Zigbee协议标准采用非信标使能的网状拓扑结构进行标准化封装和加工。至于数据定义标准和传输定义模式在IEEE802.15.4都有详细的规范和说明，我们只要按照其规范进行编码处理即可。之后数据采取无时隙的CSM/CA算法进行传输，数据到达附近的协调器。协调器与终端之间数据采取双向传输，遵循一致借加密和解密协议标准。协调器将数据传输到最近的路由器上，路由器通过RS-232串口与监控室主机进行通讯，这样信号就完成了由终端到主机的通讯，反之数据也可以由监控主机反馈到终端。

4 组网及路由算法

这个部分主要解决协调器组网的算法，子节点向母节点发送入网申请，协调器之间组建网络，允许子节点自由加入并建立通讯，实时扫描周围节点，采取最有算法，建立最短路由，从而实现通讯。

5 关键定位算法

定位算法是整个软件设计的非常关键的一环，算法非常多，有的非常复杂，我们采取比较简单的算法RSSL的最大似然估计算法。最大似然估计算法是概率论统计学范畴，是参数估计方法其中一个。这个算法是样本在满足某种概率分布的情况下，但是样本的具体参数未知，通过试验方法，观察结果，利用结果计算参数的大概值。相比其他算法这个算法物理定位精度可能不是十分准确，但是由于建筑设施终端节点相对密集，精度可以控制在可控范围以内，并且可以利用符号定位提供位置参考，降低了复杂度的同时，兼顾了精度。常用算法还有自适应迭代法、距离加权估计等。

［1］王东，张金荣，魏延，曹长修，唐政.利用Zigbee技术构建无线传感器网络［J］.重庆大学学报（自然科学版），2006，（08）.

［2］施承，宋铁成，叶芝慧，胡静，沈连丰.基于Zigbee协议的无线传感器网络节点的研制［J］.广东通信技术，2006，（01）.