無線智能火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

丁敏

摘? 要：隨著我國智慧化城市的建設(shè)，智能化建筑的建設(shè)水平也逐年提高，建筑內(nèi)部的火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)中預(yù)警技術(shù)和反應(yīng)時(shí)間的要求也在不斷提升。在智能化建筑中火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作需要報(bào)警系統(tǒng)與建筑環(huán)境相匹配，通過使用智能化的系統(tǒng)，可以對系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)及軟硬件的設(shè)計(jì)水平進(jìn)行優(yōu)化，提升建筑火災(zāi)報(bào)警能力與防范能力。充分保證人們在火災(zāi)發(fā)生之后及時(shí)地疏散，控制火災(zāi)蔓延，充分保護(hù)人們生命與財(cái)產(chǎn)的安全。該文通過闡述無線通信基礎(chǔ)zigBee無線通信技術(shù)與感知層上多個傳感器相融合，設(shè)計(jì)出了一套無線智能火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)，提高控制區(qū)域火災(zāi)報(bào)警能力。

關(guān)鍵詞：無線智能;火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng);Zigbee

中圖分類號：X924? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

目前為止，除了獨(dú)立式感煙或者感溫火災(zāi)探測器，常用的火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)基本上都是需要架設(shè)線路才可使用，其沒有很好的靈活度，智能自動報(bào)警功能也沒有，而且因其架設(shè)線路所以不適用鋪設(shè)在范圍較大的地方。因此，設(shè)計(jì)出具有很強(qiáng)的靈活度，并且在維護(hù)工作上更加便捷、低成本的無線智能火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)是當(dāng)前急需要解決的問題。

如今是高新技術(shù)發(fā)展的時(shí)代，無線通信技術(shù)已經(jīng)廣泛被應(yīng)用，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也已經(jīng)應(yīng)用在各個領(lǐng)域中，這兩項(xiàng)無線技術(shù)有效的運(yùn)用在傳統(tǒng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中，既能夠把該系統(tǒng)存在的問題有效的解決，還增加了火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的智能性能及靈活性能，無線智能火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)就這樣形成了。這個系統(tǒng)對火災(zāi)防護(hù)區(qū)域可以進(jìn)行大范圍以及各個角度的24小時(shí)監(jiān)控，對火災(zāi)信息處理采用的是專門分析方法，并且火災(zāi)只要剛發(fā)生就能夠有報(bào)警信號發(fā)出，此外還能夠?qū)缁鹪O(shè)施進(jìn)行聯(lián)動控制，進(jìn)行預(yù)滅火處理。

1 總體設(shè)計(jì)方案

（1）居住區(qū)、商業(yè)圈、森林保護(hù)區(qū)等是無線智能火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)通常用到的區(qū)域。通過結(jié)點(diǎn)火情信息采集節(jié)點(diǎn)間無通信與集中式信息處理，實(shí)現(xiàn)對火情的報(bào)警功能。結(jié)構(gòu)可以被分為2層，第一層是總結(jié)的內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)，其主要是收集匯總各個節(jié)點(diǎn)的火災(zāi)信息情況。第二層是無線通信控制系統(tǒng)，可以智能分析火情的所有信息，并實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間無架設(shè)線的無線通信。

（2）無線智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)由以下部分組成：終端火災(zāi)信息采集裝置，主要功能是通過氣體火災(zāi)探測器或火焰探測器進(jìn)行感知和收集。分布式無線通信節(jié)點(diǎn)的作用，實(shí)現(xiàn)了控制節(jié)點(diǎn)與處理器之間無線連接。集中式中央火情處理器是對各探測節(jié)點(diǎn)的信息采用集中轉(zhuǎn)換及數(shù)據(jù)分析處理。聯(lián)動控制裝置和PC端可以發(fā)出對應(yīng)的控制信號。

2 分布式無線通信節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

2.1 分布式無線通信節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)需求

無限智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)有著獨(dú)特的特點(diǎn)，應(yīng)根據(jù)需求選擇相應(yīng)的無線通信技術(shù)。

（1）設(shè)計(jì)需求實(shí)時(shí)性。在對區(qū)域進(jìn)行火情監(jiān)控時(shí)，發(fā)現(xiàn)起火點(diǎn)，應(yīng)將火情信息快速傳達(dá)到系統(tǒng)的每個接收點(diǎn)，使整個系統(tǒng)具備高靈敏度。

（2）設(shè)計(jì)需求數(shù)據(jù)量很少。因報(bào)警系統(tǒng)主要反映的是火情的信號和控制信號，這些信號的，所含的信息量很少，因此，傳輸?shù)男畔⒘恳彩禽^少的。

（3）設(shè)計(jì)需求低能耗。無線通信節(jié)點(diǎn)因受監(jiān)控范圍和條件的限定，所以不能與電源直接相連，可以采用UPS等進(jìn)行供電，因此，要求在設(shè)計(jì)中做到系統(tǒng)低耗能，進(jìn)而延長系統(tǒng)的工作壽命。

針對這些特點(diǎn)，我們應(yīng)該選用Zigbee的技術(shù)作為無線火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的無線通信手段。Zigbee可以實(shí)現(xiàn)我在系統(tǒng)的無線通信，系統(tǒng)的空間靈活度增加。

2.2 Zigbee技術(shù)

Zigbee無線通信技術(shù)是近幾年來研制的新型無線通信技術(shù)，其傳輸頻段為全球最廣泛的2.4G赫茲頻段，傳輸速率是250 Kbs。技術(shù)在無線通信領(lǐng)域具有低功耗，低成本，反應(yīng)迅速，安全可靠等特點(diǎn)。尤其是功耗方面，它具有不發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)入休眠狀態(tài)的特點(diǎn)。發(fā)送功率時(shí)也只有1 mW。其休眠到激活、傳輸過程都是在毫秒之間完成，因此，對于實(shí)時(shí)性要求較高的無線控制系統(tǒng)很是適用。

3 節(jié)點(diǎn)內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

利用節(jié)點(diǎn)內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)對火災(zāi)防護(hù)地域進(jìn)行相應(yīng)監(jiān)控，做到實(shí)時(shí)感知區(qū)域情況。當(dāng)有火災(zāi)出現(xiàn)時(shí)采集終端傳來火警信息傳送到節(jié)點(diǎn)內(nèi)部，在內(nèi)部把信息整理后傳輸?shù)綗o線通信節(jié)點(diǎn)。

3.1 火災(zāi)信息采集裝置

火災(zāi)信息采集裝置主要收集火災(zāi)發(fā)生時(shí)的物理特征信號，他可以采集火災(zāi)發(fā)生初期的濃煙、熱量、熱輻射、聲音等。采集器的類型是根據(jù)燃燒所發(fā)出物質(zhì)的物理特性進(jìn)行分類?；馂?zāi)是由于物質(zhì)著火，使表面物質(zhì)轉(zhuǎn)換成可燃的氣體與煙霧顆粒等物質(zhì)，使用感煙探測器、感溫探測器、氣體探測器等探測器可以探測出這些物質(zhì)并收集相關(guān)信息。通過對這些種類火災(zāi)探測器的交叉使用，可以更靈敏地感測到火災(zāi)信號，信號到集中式火災(zāi)處理器可以智能化地對火情分析及預(yù)警，提高了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和智能性。

3.2 無線火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)內(nèi)部通信方式設(shè)計(jì)

當(dāng)監(jiān)測區(qū)域有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，火災(zāi)探測器采集的火災(zāi)相關(guān)信息傳送到無線通信節(jié)點(diǎn)，在節(jié)點(diǎn)內(nèi)被收集整理發(fā)送，實(shí)現(xiàn)終端采集裝置與無線通信節(jié)點(diǎn)的通信?；诿總€節(jié)點(diǎn)的終端火災(zāi)信息采集裝置離通信節(jié)點(diǎn)的距離不同且較近，通常選用有線的方式進(jìn)行通信鏈接。

在消防系統(tǒng)中，總線通常用二總線。它是把供電線路與信號線路集合在一起，施工難度及成本有所降低，同時(shí)也減少了總線數(shù)量與加入了自動同步編碼通信，通信距離變大，象2 km左右的傳輸距離就無需中繼器。因此，通常會選用二總線方式作為內(nèi)部通信方式。

4 火災(zāi)信息處理系統(tǒng)算法

火災(zāi)的時(shí)間都是隨時(shí)發(fā)生的，沒有固定時(shí)間，火災(zāi)發(fā)生的原因比較多，而且還有特別多的可燃物，這些都是不能夠確定的因素，所以，利用智能技術(shù)對火災(zāi)信息處理的算法對智能火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)非常重要，是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)。

現(xiàn)如今，對于火災(zāi)信息處理更多的是使用閾值比較法來計(jì)算，此種計(jì)算方法把通過采集裝置所收集到的火災(zāi)信息，象煙氣、火焰、溫度等相關(guān)信息，拿出預(yù)先設(shè)定好的閾值與火災(zāi)信號值進(jìn)行對比，如果所發(fā)出的信號值超過預(yù)訂的閾值，就可斷定該地方發(fā)生了火災(zāi)。不過這種計(jì)算方法沒有智能功能和冗余性，這就會有誤報(bào)的情況發(fā)生，就不能夠準(zhǔn)確的判斷是否真的發(fā)生了火災(zāi)，具有很大的局限性。通過應(yīng)用人工智能與非線性智能計(jì)算方法，把此種計(jì)算方法合理地與火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)相結(jié)合，已是當(dāng)下必然發(fā)展的趨勢。智能算法中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法可對外界的噪聲進(jìn)行智能性的屏蔽，從而使其免受噪聲的干擾。通過使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算方法，可以把采集到的所有火災(zāi)信息一起進(jìn)行處理，而且這種計(jì)算方法不僅反應(yīng)快，還減少了錯誤率，使整個系統(tǒng)具有更高的可靠性。

5 結(jié)語

無線智能火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)是通過采用Zigbee的無線通信技術(shù)和智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相組合，實(shí)現(xiàn)了對多場所火災(zāi)實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的，這個系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性、可靠性、低功耗性等特點(diǎn)，解決了傳統(tǒng)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)線路復(fù)雜、穩(wěn)定性差的問題，也擴(kuò)大了火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的使用范圍，通過無線智能火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)的使用，可以有效地對火災(zāi)發(fā)生區(qū)域展開長時(shí)間的監(jiān)控，保證了人們生命財(cái)產(chǎn)的安全，因此，我們應(yīng)大力推廣無限智能火災(zāi)自動報(bào)警系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn)

[1]焦磊，邢建平，張軍，等.室內(nèi)環(huán)境下對OLOS誤差具有魯棒性的TOA無線傳感器網(wǎng)絡(luò)定位算法[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2008（1）：163-168.

[2]郭先春，李大軍，鄒時(shí)林，等.基于電子與GIS集成的智能消防報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測繪通報(bào)，2010（10）：53-55，62.

[3]蔣佳佳，段發(fā)階.智能火災(zāi)兩級報(bào)警與聯(lián)動控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2010（3）：373-376.