基於ZigBee的多傳感器智能火災報警係統
學術研究
作者：王培錦 路佳宣
摘 要：在分析了實際學校環境的基礎上，創造性地提出了一個基於ZigBee技術的無線多傳感器火災報警與火警監控的跨平台火警係統解決方案。宿舍樓安放的PC機不僅能夠實時對宿舍環境進行監測，當溫度，煙霧超出指標後，還能及時向持有安卓設備的樓層管理員發出火災警報。該跨平台的係統是火警探測領域的一個突破，具有極大的實用價值。
關鍵詞：ZigBee；HTML；Android；PHP
中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2015）07-000-03
0 引 言
近年來，經常會看到各種新聞報道中發生在學校的火災，這些火情不僅會造成巨大的財產損失，而且會嚴重威脅師生的生命安全。因此，擁有一款實用準確的火災報警係統十分必要。目前已有的火災報警係統一般采用有線方式連接，不僅影響美觀，而且不易擴展，布置嚴格受到地形的限製。在很多老舊的教學樓內存在難以布線的問題，並且由於使用有線的方式連接，線路容易發生老化或遭到腐蝕、鼠咬、磨損等問題，嚴重影響了火情的準確報警。火災報警往往局限於室內的燈光，警鈴和自動的消防設施，而當出現室內消防設施無法解決的嚴重火情時難以與外界取得聯係，尤其是在室內無人的情況下，極易延誤救火的黃金時期，延誤火情。
本文成功設計了一整套基於安卓手機和Web的跨平台防火報警係統。本係統可實現火災的有效檢測，當檢測到火災後可對綁定的手機進行報警和火情的服務器上傳，方便消防人員及時了解火災情況，及時采取措施。
本係統分為無線模塊，主機模塊，安卓模塊和Web模塊[1-3]。其中無線模塊使用基於CC2530的ZigBee設備，使用IAR平台進行開發。主機模塊搭載在基於Windows係統的PC機上，使用VS2010進行開發，主要靠MFC來實現。安卓模塊使用Eclipse平台進行開發，使用的是2.3.2版本。Web模塊采用SAE平台進行開發。
1 係統的總體設計方案
本係統的整體框架由5部分組成，包括4個模塊，無線模塊主要由無線傳感器網絡組成，負責環境數據的采集和無線傳輸，環境數據最終被彙總到協調器中，協調器通過串口與主機模塊進行數據傳輸。主機模塊對數據進行判斷處理，將處理得到的結果通過Socket發到安卓模塊設備中，此時安卓模塊設備產生報警，並通過HTTP指令將火情的地址發送至Web模塊。這樣，我們就可以通過瀏覽相應網頁、Web模塊來方便地觀察最新發生的火情，並進行響應。
2 各模塊的設計
2.1 無線模塊的設計
無線模塊采用ZigBee標準設計，相比於藍牙，WiFi，紅外線等其他技術，ZigBee技術具有功耗低，設備穩定可靠，無線傳輸不受障礙物影響等諸多優點。目前使用最廣泛和最受推廣的協議棧是ZigBee2007協議，TI公司已經生產出了完全兼容該協議的CC2530芯片及相應的Z-Stack協議棧，這也是本係統所采用的芯片和協議棧。
相比於其他的通信協議，ZigBee在傳輸距離和傳輸速率上都不是很占優勢。ZigBee的傳輸速率在20～250 Kb/s，傳輸距離通常為10～100 m。但是比起其他通信方式，ZigBee擁有成本低，功耗小等優點，因此特別適用於工業領域傳輸小量的數據。
DS18B20是一款常用的溫度傳感器[4]，這款傳感器的體積小，精度高，同時它也具有較強的抗幹擾能力和低廉的價格等諸多優點。DS18B20采用單總線接口方式，我們隻需要一根線就能完成傳感器與微處理器的連接，十分簡便。它的測量範圍在-55～125 ℃，工作電壓為3.0～5.5 V/DC。無需增加其他外圍原件和外圍電路，可直接通過傳感器進行溫度的測量[5]。
MQ-2煙霧傳感器是一款常被使用的煙霧傳感器，它擁有十分廣泛的探測範圍，優異的穩定性，很高的靈敏度等諸多優點，隻需要加簡單的驅動電路就能夠使用。這款傳感器可用於各類工廠的氣體檢測，它同樣適用於家庭，是一款應用十分廣泛的產品。它可以用於丁烷，乙烷，丙烷，液化氣，酒精，氫氣，煙霧等的探測。
本係統將傳感器的驅動和讀取環境相關參數的程序加在終端節點的程序中，使終端節點在加入ZigBee網絡的同時讀取相關參數，並實現向協調器傳遞參數的工作。
2.2 主機模塊的設計
主機模塊與無線模塊之間采用串口進行通信，串口通常也被叫做COM口，是采用串行通信方式的擴展接口。串口在上個世紀80年代推出，傳輸速率在115 Kb/s～230 Kb/s之間。串口通信的方式分為兩種：同步通信方式和異步通信方式。本係統的ZigBee設備自帶了USB口轉串口的芯片，使用USB連接線即可與PC端相連，不過PC端仍需編寫串口的程序對協調器傳來的數據進行接收。