淺議ZigBee在無線火災自動報警系統(tǒng)中的應用

孔云科

(新疆消防總隊,新疆烏魯木齊 830000)

1 無線火災報警系統(tǒng)的研究背景和意義

無線火災報警系統(tǒng)能夠多路徑、自修復和自管理,免進行麻煩的布線,能發(fā)現(xiàn)早期火災,數(shù)據(jù)結構采用的是分布式,在部分節(jié)點損壞時可通過重組繼續(xù)工作,擁有廣泛分布的節(jié)點和信息融合機制,能使系統(tǒng)的誤報漏報率降到最低。目前主流的短距離無線通信技術主要包括ZigBee、紅外通訊技術、HomeRF(家庭射頻)、藍牙、RFID(射頻識別技術)等,ZigBee是一種新興的短距離無線通信技術,傳輸距離短、耗能低、簡單、速率低、成本小、雙向無線通信是它的特點,介于無線標記和藍牙之間,經(jīng)對比ZigBee技術更適合應用于無線火災報警系統(tǒng)。

2 ZigBee無線火災報警系統(tǒng)基本組成及工作原理

(1)基本組成。ZigBee技術是一種新興的短距離無線通信技術,無線火災報警系統(tǒng)由探測終端和控制中心兩部分組成,其中探測終端用于數(shù)據(jù)采集傳輸,控制中心用于數(shù)據(jù)接收處理。

探測終端組成如圖1所示,探測終端由探測器和傳輸裝置組成,當探測器探測到火災時,將信息轉換成火災信號,同時啟動傳輸裝置,在規(guī)定時間內發(fā)出不同的信號。主控M C U模塊是整個探測終端的核心,負責主導并控制其余模塊;聲光報警模塊負責進行聲光報警;火災探測模塊負責對火災進行探測,存儲模塊負責對火災信息數(shù)據(jù)進行存儲;無線收發(fā)模塊就是對信息進行接收發(fā)送;而整個探測終端需要電源來進行供電。

控制中心主要包括信息處理及控制模塊、無線收發(fā)模塊、聲光報警模塊、聯(lián)動控制模塊、顯示模塊、電源模塊,其主要功能是接收和處理數(shù)據(jù)、下達命令與聯(lián)動控制。其組成為信息處理及收發(fā)模塊負責接收無線收發(fā)模塊發(fā)來的信息,同時傳遞信號給其它模塊;同理,聲光報警模塊負責進行聲光報警;無線收發(fā)模塊就是對信息進行接收發(fā)送;聯(lián)動控制模塊收到信息后,負責通知其它系統(tǒng)(消火栓系統(tǒng),防排煙系統(tǒng)等)進行聯(lián)動控制。探測終端和控制中心之間通過無線通信技術相連接。本文探討的是在無線火災報警系統(tǒng)中應用ZigBee技術,主要實現(xiàn)建立無線傳感器網(wǎng)絡以及網(wǎng)絡內數(shù)據(jù)的無線傳輸。

(2)工作原理。無線火災報警系統(tǒng)工作流程如圖2所示,火災探測模塊探測到火災信號時,將物理信號轉換成電信號發(fā)送至主控M C U模塊。

主控模塊通過對傳來的信息進行處理并發(fā)送相應指令到其它模塊,如存在異常信息聲光報警模塊會發(fā)出聲光報警。同時會將每次接收到的火災參數(shù)信息如火災地點等信息記錄保存至儲存模塊,無線收發(fā)模塊僅負責數(shù)據(jù)的收發(fā)工作,通過無線傳輸技術發(fā)送相關信息到控制中心的無線收發(fā)模塊?？刂浦行慕邮盏綌?shù)據(jù)之后通過信息處理及收發(fā)模塊對接收到的數(shù)據(jù)進行整合處理,并對聯(lián)動模塊下達指定命令啟動相關聯(lián)動系統(tǒng)(防排煙系統(tǒng)等)對火情進行處理。存儲模塊記錄傳輸時間和聯(lián)動系統(tǒng),同時聲光報警模塊發(fā)出聲光報警。

3 ZigBee技術在火災自動報警系統(tǒng)應用中的優(yōu)缺點

(1)優(yōu)點。ZigBee技術有很好的抗干擾措施,能夠對通訊設備進行改良,提高設備性能,減少設備間的互相干擾;使用的專用網(wǎng)絡內部能很好的自我調解、自我修復;每個探測器都擁有專屬地址,能夠準確收集信息,同時找到信息源。ZigBee技術還采用直序擴頻技術(DSSS),直序擴頻技術可以把頻率變寬,功率變小,來有效地控制噪聲,使得ZigBee技術成為一種保密性好、可靠性高、抗干擾強的短距離無線通信技術。ZigBee 技術遵循的協(xié)議是IEEE 802.15.4,這能夠提升生存能力。該協(xié)議可對空閑信道進行評估,直到選取到合適信道為止;在P A N中加入已存在的信道,這就不用再重新建立信道,減少信道的重疊;故障時也能重新選擇合適的信道。這些措施就保證了Zi gB ee傳輸?shù)臏蚀_性,增強生存能力。比如,對于日常生活中常見的遙控信號干擾源,當ZigBee設備和其距離小于2m時,ZigBee數(shù)據(jù)幀被破壞得很少,當這個距離大于2m時,遙控信號對ZigBee設備的影響就不存在了。

(2)缺點。隨著通信技術的快速發(fā)展,無線通信技術也在不斷地被廣泛使用,但是信號在傳輸過程中會受到各種干擾,導致信息不能準確及時地發(fā)送與傳輸,從而導致接收端接收到的信息失真,主要原因在于傳輸環(huán)境中存在的外部嗓聲等干擾源,以及通信設備本身、通信網(wǎng)絡、和各種網(wǎng)絡間的干擾等。

1)外部噪聲干擾。外部噪聲的干擾主要來自太陽、宇宙以及其他方面,這類干擾源具有如時間短,強度大等特點。此外,還存在一些人為噪聲干擾,包括電器、車輛及高壓輸電線等等。

2)通信設備本身的干擾。通信設備不僅受到外部噪聲的干擾,還受到設備本身問題的干擾。特別是一些設備由于發(fā)熱而發(fā)出噪聲,從而對傳輸信號產(chǎn)生干擾,一些外界的物質也會進入電路,也會影響信息傳輸質量。

3)通信網(wǎng)絡的干擾。各個探測器發(fā)出的信號會彼此影響和作用,這同樣會對信號的穩(wěn)定傳輸形成干擾。比如同時工作時,易造成同頻干擾及鄰道干擾,甚至還有互調干擾。

4)網(wǎng)絡間的干擾。一個區(qū)域內不僅僅只有一種網(wǎng)絡,而是存在多個無線網(wǎng)絡,并且還屬于不同系統(tǒng),如果頻率相近,之間容易形成干擾。通信網(wǎng)之間最大的干擾屬于互調干擾(兩個或多個干擾源,由于非線性作用,這幾個干擾的組合頻率等于或接近有用頻率,從而通過接收機)。除了干擾之外,還有信號衰落的問題需要解決,當設備傳輸信號時,墻、樓板等分隔物會造成信號衰落,比如反射波、繞射波,信號傳輸時一般以直射波方式進行傳輸,經(jīng)過障礙物反射的反射波或者繞過障礙物的繞射波都會使信號衰落。

綜上所述,目前就國內而言,火災報警系統(tǒng)方面,有線的方式占著絕大部分市場,無線的方式由于沒有相關規(guī)范,具體做起來比較麻煩,也沒有相應審批方式,所以這一塊屬于空白,但隨著科學技術的發(fā)展以及人們意識的提升,無限火災自動報警系統(tǒng)的應用空間會越來越廣泛。