基于CC2530的火灾报警与逃生系统研究＊

徐 敏 ， 汪 菊

（安徽国防科技职业学院城市建设学院，安徽 六安 237011）

随着科学技术的发展，新技术、新材料、新工艺不断应用于消防安全系统的开发中，其中物联网消防技术为创新消防安全管理工作模式提供了有效途径。但传统的物联网技术使用的有线传感器有一定的弊端，当火灾到来时，会发生断电断网现象，使火灾现场出现了大量的盲区，给火灾报警和逃生带来很大的困难。本研究成果采用先进的无线传感器和基于CC2530芯片的物联网云平台技术组成完善的无线监控网络，附加了传统消防系统中缺少的自动化逃生系统，有利于保障逃生人员的生命安全。

1 系统硬件设计

1.1 CC2530概述

CC2530是用于2.4-GHz IEEE 802.15.4、ZigBee和RF4CE应用的一个真正的片上系统（SoC）解决方案。CC2530是最早用在无线组网里面，与CC2430相比[1]，CC2530在发射功率、链路预算、射频噪声抑制能力、低功耗以及ESD防护能力等方面都有较大的提升，具体如表1所示。与蓝牙或者WIFI[2]相比，蓝牙和WIFI功耗较大而且开发难且不稳定，组网也复杂。与低功耗的NB、loRa[3]相比，NB、loRa传输数据量较小，目前全国基站基本没有，所以普及慢且难。同时，CC2530包括许多不同的外部设备，可以进行高级应用程序开发。

1.2 Cortex-A9核心处理器

系统设计过程中，采用智能安防主机处理信息，智能安防主机采用ARM系列Cortex-A9核心处理器，系统运行Android系统，起到整个处理中心的大脑作用，将所有的数据采集显示在安卓系统智能安防主机7寸显示器中，主要由智能安防主机Cortex-A9核心处理器通过串口2与无线网络协调器进行串口通信。

1.3 无线网络协调器

系统无线网络协调器主要采用升级CC2530单片机（增强型51），进行与传感器无线组网的功能，将ZigBee转发器无线节点的数据通过ZigBee无线形式收集过来，并通过串口转发给智能安防主机。

2 系统软件设计

系统采用独立开发的适用于Android系统的APP软件，软件主要用于火灾报警警示，同时可用于智能规划逃生路线，在系统搭建完成后，软件增加开放的代码，可便于用户因地制宜增加新的功能。

表1 CC2530特征、无线性能、功耗一览表

3 系统整体方案设计

系统设计将无线传感器与CC2530芯片的物联网云平台结合，通过按动无线传感器上SW1按键，系统进入工作，无线传感器进行数据采集，同时无线传感器将数据信息通过基于CC2530的Zigbee无线传输给主机协调器；主机协调器再通过串口，将接收到的传感器的数据信息传输给A9网关，在这个过程中，A9网关将通过串口接收到的传感器数据信息进行解析，将需要显示的内容通过界面和手机端显示出来。系统整体结构图如图1所示。

图1 系统整体结构图

4 系统火焰传感器实验模拟

4.1 实验内容

采集火焰传感器的数据，通过串口打印到串口终端上。

4.2 实验条件

1）在用户PC上（Microsoft Windows XP以上系统平台）正确安装IAR Embedded WorBench for MCS-51 V7.60A集成开发环境；

2）ZigBee传感器底板一个(插有FANTAI_CC2530模块)；

3）FANTAI-CC Debugger多功能仿真器/调试器1个；

4）火焰传感器。

4.3 实验原理

火焰监测模块主要是用来实时感应环境中的火焰程度，若当前环境中有火时则火焰模块会检测到有火，就会输出高电平。火焰二极管为R4，光敏电阻根据光强度的变化改变电阻的阻值，通过LM393AD电压比较器芯片，对基准电压比较，输出高低电平。

4.4 实验步骤

4.4.1 连接硬件

如图2所示，把火焰传感器、ZigBee底板、CC2530模块、ccdebugger调试器、串口电源连接在一起。

图2 硬件组装成品图

打开电源供电，将ccdebugger使用USB方口线与电脑连接。由于ccdebugger给CC2530底板供电，在串口通信时需要的电流大，底板需要外接DC供电电源。

4.4.2 打开软件程序，编写相应代码

根据电路原理图，在采集传感器数据时不断判断P2_0口的电平值，输入代码，结果如图3所示。

图3 输入代码展示图

4.5 实验结果

打开串口调试工具，设置串口助手波特率57600，0.8.1，不需要十六进制显示，实验结果如图4所示。

图4 实验结果图

5 系统运行实验

5.1 系统搭建

系统采用智能安防主机显示器、智能安防主机Cortex-A9核心处理器、无线网络协调器、86型智能强电插座、声光报警器[4]、ZigBee转发器、无线燃气探测器、无线烟雾探测器、紧急逃离疏散指示灯、摄像头、紧急按钮、燃气阀、安全出口指示牌搭建实验样品，如图5所示，并通过在采集系统上焊机节点确保系统运行正常。

图5 系统安装实物图

5.2 手机端测试

手机端采用Android的软件开发环境eclipse来完成功能开发，在开发过程中通过Android网关实现采集数据与强电继电器之间的关联操作[5-6]。即当采集小于界限时，打开强电继电器。采集大于界限时，关闭强电继电器等类似的关联操作。手机端能接收报警信号，用户点击确认后，系统通过内置算法自动规划出逃生路线。如图6所示。

图6 手机端报警部分功能展示

6 结语

系统搭建实验显示：当出现火情时，客户端和手机端均能接收到信号并给出提示，同时手机端通过内置算法显示地图方便逃生，通过CC2530无线协调器能确保整个系统稳定运行。