基于ZigBee技术的消防设备电源监控系统

厦门市公安消防支队 吴荣文 黄丰伟

基于ZigBee技术的消防设备电源监控系统

厦门市公安消防支队 吴荣文 黄丰伟

伴随着我国城市化建设水平的不断发展，现代化的建筑物正朝向更加智能化、信息化的方向迈进，为了能够提高建筑物使用的安全性和稳定性，必须要设计出一套更加科学而完善的建筑消防设备电源监控系统，因此本文将进一步针对这种基于ZigBee技术的电源监控系统展开更加深入的探索与讨论。

ZigBee技术；消防设备；电源监控系统

一、前言

在城市化建设的发展道路中，越来越多的高楼大厦拔地而起，而高层现代化建筑的消防安全问题，也引起了人们的高度重视，为了尽可能避免高层建筑物消防安全事故的发生，保护人民的人身财产安全不受侵害，必须加强对建筑消防设备电源监控系统的安全保障设计。

二、什么是ZigBee技术

从定义上来讲，ZigBee技术可以看作是近距离传输，复杂度比较低，功耗消耗量少、传输速率较低而且传输成本不高的一种双向无线电子通讯技术。一般来说，主要被应用在传输速率不是很高的电子设备间，可有效实现数据的传输。ZigBee技术最初是从蜜蜂之间的信息传递语言延伸来的，随后人们将其看作是新时代无线电子通讯的代名词，这种技术依靠的是可靠性比较高的无线数据传输网络，它的数据模块相当于是移动网络的基站，因此被广泛地应用在了建筑物的消防安全设备管理系统当中[1]。

三、主要组成部分

（一）监控中心

我们都知道，消防设备电源的监控系统应当被看作是现代化建筑物消防安全系统的核心，因此可以将基于ZigBee技术的电源监控系统的监控中心部分视为数据传输管理的中央处理器，在这一监控中心内，可以对所监测的建筑消防仪器设备信息进行有效的跟踪与管理，能够确切地了解到消防设备故障问题出现的位置和原因，对所传输的消防数据进行数字化整理，在计算机的人机交互界面中，能够将消防设备的电源信息数据直观地可视化展现出来，方便监控人员对数据的查看以及远程控制口令的发送。

（二）监控模块

在具体的电源监控模块中，主要是由各种监控数据传感器组成，像是电源电压传感器，电源电流传感器等。当然在不同的监控模块中，会有其各自不同的监控功能，一般来说，N1模块主要是用来监控消防设备的电源电压，而N2模块可以看作是消防设备电源电流的监控模块，可以很清晰地监测到消防电子设备在整个电力系统网路中的剩余电流数值，与此同时，还有一个N3模块，在N3模块中，主要是集合了N1监控模块和N2监控模块的功能，能够在同一时间对消防设备的电源电压、电流值进行数据监控[2]。

（三）数据传输系统

简单来说，基于ZigBee技术的消防设备电源监控系统的数据传输，主要是通过ZigBee技术的数据通讯网络和3G网络结合在一起的无线通讯传输方式来完成的，这是由于建筑物消防设备比较多，设备分布比较广泛的原因决定的，可以很好地降低消防设备布线的成本水平，同时也可以更好地增加消防设备电源系统的监控范围，完善了建筑物消防设备的预警防范功能，完成了对设备电气信息的实时监控和管理，及时而准确地反映出消防设备的电源工作状态，比如说在发生电压过压、电压欠压以及电流过流、电路缺相等情况时，会立刻发出预警信号。

四、基于ZigBee技术的消防设备网络传输系统

（一）ZigBee网络

在基于ZigBee技术的消防设备电源信息数据网络传输系统的设计中，我们首先要对ZigBee网络概念加以理解，ZigBee网络主要是由物理层，网络访问控制层，还有安全层以及应用层等部分组成，其中ZigBee网络的协议软件要用计算机C语言来书写完成，它的开发环境是AVR Studio4.17，其硬件平台是atmega 128a au单片机，使得各级消防设备电源监控模块间有一个通信缓冲区，因此所使用的双向射频模块主要是CC2480，可以进行单线程的编写设计[3]。

（二）协议构架

从ZigBee网络的协议构架角度来看，整条协议栈的重要组成部分在网络层，主要负责的是对整个消防设备网络传输系统的管理，实现对电源传感器节点部位的加设和断开，能够主动寻找网络路由，并且完成数据的有效传输，对其中的应用程序要进行用户的自定义，同时对电源监控程序接口，传输数据的链路层以及媒体接入位置、网络层进行ZigBee网络的联盟定义，对电源监控系统的物理层进行IEEE 802 15.6定义。将所有控制节点的微型处理器，无线收发器进行处理，并应用Cluster-Tree树状拓扑网络结构来完成系统构建[4]。

（三）Cluster-Tree树状网络

Cluster-Tree树状网络主要是在网络协调器上发挥作用的，当网络协调器开启以后，如果有别的节点进入，应当让Cluster-Tree网络通道同协调器的通道保持一致，使得这一节点可以发出准确的数据认证信息，进而完成对传输数据的网络申请认证，而当节点通过了网络认证以后，就可以获得相应的MAC地址信息以及拓扑结构参数值，如果节点想要离开网络的话，只需要对协调器发出请求就可以了。

（四）ZigBee网络的设计与选择

建筑消防设备电源监控的ZigBee网络结构设计，也可以分成两种节点方式来完成，有FFD节点以及RFD节点，其中的FFD节点可以看作是全功能节点，能够对电源监控数据进行转发，有左右两个子树的节点，然后根据Cluster-Tree算法展开计算和路由的选择。但是RFD节点则不能进行数据转发，只可以在树状网络中充当叶子节点，当收到数据传输包以后，需要回复ACK，传送到父节点位置进行转让[5]。

五、基于ZigBee技术的消防设备电源监控系统调试

等待电源监控系统中的监控器与传感器都安装完以后，就需要对电源监控系统进行通电调试，具体的调试操作需要按照我国《消防设备电源监控系统》中所规定的要求来进行，对监控器和传感器分别进行单机通电，仔细检查好消防设备零件的功能是否完整，注意调试好监控系统的输出控制功能、故障报警功能以及自动监视功能、自动检查功能，确保其符合建筑施工的消防安全规范要求，尤其是监控电源设备的容量负荷值要符合说明书中的消防安全规定，针对消防备用电源进行冲、放电，充电、放电各3次，保证备用电源可以和消防设备的主电源进行自动的切换，如果消防设备的基础功能正常，需要保持电源监控系统调试运行12h，然后填好调试表，记录下来各监控点的参数值和报警值，明确相对应的安装地址以及位置信息。通过电源监控系统终端设备的调试功能，可以对消防设备电源的运行状态进行数据的采集，完成对设备电源的通断控制，并使用协调器完成数据的传输，与上位机终端设备保持联系，由上位机针对设备数据信息采集和处理的结果发送命令，基于无线Zig-Bee 技术进行通讯，有效地解决了计算机硬件处理内存方面的压力，具有结构简单，方便移动的特点。

六、结论

综上所述，本文通过探索ZigBee技术在建筑消防设备电源监控系统中的应用，在计算机智能操作平台的基础上，利用传感器设备以及相应的Cluster-Tree路由算法选择，有效地将消防设备的电源监控数据传送到监控处理中心，完成了现代化建筑的消防电源安全管理。

[1]于跃,张峰,张士文．基于ZigBee技术的电力设备远程监控系统[J]．电气自动化,2017,39(02)：41-44+59．

[2]于江利,田海虹,司亚超,时麟．基于ZigBee技术的消防设备电源监控系统研究[J]．电源技术,2014,38(05)：951-952．

[3]王丽娟,闫绍敏．基于ZigBee技术的图书馆智能消防监控系统[J]．电子技术,2013,40(02)：52-54．

[4]郭金妹,张建荣．一种消防设备电源监控系统的研究与设计[J]．计算机测量与控制,2015,23(08)：2726-2729．

[5]郭潞梅．谈消防设备电源监控系统的组成及安装[J]．武警学院学报,2012,28(12)：54-56．