檢測節(jié)點(diǎn)：采用CO氣敏傳感器采樣外界CO的氣體濃度，經(jīng)過A／D轉(zhuǎn)換后送到微控器（單片機(jī)）；采用煙霧傳感器探測外界的煙霧濃度，并經(jīng)A／D轉(zhuǎn)換后由微控器處理；外界的溫度檢測則由所選用的Zig.Bee模塊內(nèi)置的溫度傳感器完成，當(dāng)需要時(shí)由微控器經(jīng)串口發(fā)送命令來讀取溫度采樣值。電源模塊由市電或其他電力供電線路引入，經(jīng)變換完成5V和3.3V的電源供電。當(dāng)檢測節(jié)點(diǎn)MCU判斷出有火災(zāi)或者疑似火災(zāi)現(xiàn)象時(shí)，經(jīng)ZigBee無線收發(fā)模塊向上位機(jī)發(fā)送信息，同時(shí)發(fā)出現(xiàn)場報(bào)警。

圖1 火災(zāi)監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)示意圖

　　3 檢測節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)

　　3.1 部分硬件電路設(shè)計(jì)

　　檢測節(jié)點(diǎn)硬件部分主要由單片機(jī)（MCU）、3.3V／5V電源供電模塊，ZigBee收發(fā)模塊、CO氣敏傳感器、煙霧傳感器、溫度傳感器等組成。

　　CO氣敏傳感器采用MOTOROLA公司的半導(dǎo)體檢測器MGS1100，它的體積較小，受環(huán)境溫度的影響也較小，工作特性比較一致。在使用時(shí)，MGS1100的工作方式使用推薦工作模式：先在加熱器兩端（3，1）加持續(xù)5s的5V高電壓（高溫），然后加熱電壓降至1V（低溫）并保持10s，高低加熱電壓周期性反復(fù)。

　　VC由MCU管腳驅(qū)動(dòng)輸出，為了得到較好的CO濃度檢測，一般在加熱端的1V供電（低溫）9.5s時(shí)檢測輸出電壓V_OUT ，由V_OUT的大小可得CO的濃度。推薦工作模式的周期性工作用555定時(shí)器實(shí)現(xiàn)，它的輸出經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路供給MGS1100 的加熱端。圖2為MGS1100工作電路。

圖2 MGSllO0工作電路

　　煙霧傳感器選用常見的MQ-2型氣體傳感器，它有廣泛的探測范圍，靈敏度也較好，適宜于煙霧、液化氣、甲／丁-／丙烷、氫氣等的探測。MQ.2型氣體傳感器對不同種類和濃度的氣體有不同的電阻值，在使用時(shí)要注意調(diào)整靈敏度，同時(shí)要考慮溫濕度的影響；使用前要注意預(yù)熱。使用MQ-2型氣體傳感器的測量電路比較簡單，見圖3。MQ一2型氣體傳感器的加熱端和測量輸入端均用5V DC供電，輸出端V1經(jīng)調(diào)理輸入到MCU，V1的大小與煙霧濃度值直接相關(guān)。

圖3 MQ-2型氣體傳感器測量電路

　　溫度傳感器采用IP—LINK 1223-5 142 ZigBee模塊內(nèi)置的溫度傳感器，需要溫度數(shù)據(jù)時(shí)，只需用微控器通過串口向ZigBee模塊發(fā)送一個(gè)讀取溫度采樣值的命令請求幀，ZigBee模塊會(huì)返回一個(gè)命令應(yīng)答幀，該幀里的數(shù)據(jù)負(fù)載即為10位的溫度采樣值。

　　MCU選用AVR Megal6L，該單片機(jī)的PA引腳的第二功能是一個(gè)10位的逐次逼近型ADC。因此，在設(shè)計(jì)使用中，以上各檢測輸出信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換均使用AVR Megal6L自帶的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

　　3.2 微控器軟件設(shè)計(jì)思想

　　傳統(tǒng)的火災(zāi)檢測裝置，大多采用開關(guān)量的檢測方式，判斷被檢測信號(hào)是不是達(dá)到某一個(gè)閾值，如果達(dá)到該閾值，則發(fā)動(dòng)報(bào)警處理。這種方式檢測靈敏度相對較低，檢測速度也相對較慢，不能在火災(zāi)早期進(jìn)行預(yù)警或判斷。而且，根據(jù)單個(gè)傳感器送來的信息作出是否發(fā)生火災(zāi)的判決，可能會(huì)導(dǎo)致誤判。例如，當(dāng)煙霧探測器探測到的粒子濃度達(dá)到預(yù)定閾值時(shí)，就會(huì)發(fā)出信號(hào)。這些粒子可能是煙霧粒子，也可能是水霧或灰塵等非火災(zāi)產(chǎn)生的粒子，這樣的話就會(huì)導(dǎo)致誤判。

　　因此，本設(shè)計(jì)嘗試運(yùn)用模糊判斷的思想來融合多個(gè)檢測信號(hào)，以期在檢測靈敏度和快速性方面有所改善。

　　在設(shè)計(jì)中，采用多變量模糊推理的思想。在單片機(jī)中，推理機(jī)制如圖4中所示。先選取信號(hào)CO濃度的當(dāng)前值和變化數(shù)值（當(dāng)前采樣值相對上次采樣值的變化量）進(jìn)行模糊推理。將CO濃度信號(hào)的當(dāng)前采樣值取為正常、疑似火災(zāi)、火災(zāi)三個(gè)模糊語言值，將CO信號(hào)的變化數(shù)值取為負(fù)?。ò?）、正小、正大三個(gè)模糊語言值，組成單變量二維模糊推理，輸出COUT也分為正常、疑似火災(zāi)和火災(zāi)三個(gè)模糊值。再將煙霧信號(hào)采樣值與溫度信號(hào)采樣值也都分為正常、疑似火災(zāi)、火災(zāi)三個(gè)模糊語言值，和COUT組成多變量一維模糊推理。各個(gè)模糊語言值的隸屬函數(shù)均選為適合各自的較為簡單的梯形隸屬函數(shù)，便于在單片機(jī)內(nèi)較快的實(shí)現(xiàn)計(jì)算。

圖4 單片機(jī)內(nèi)模糊判斷機(jī)制框圖

　　單片機(jī)對檢測信號(hào)的采樣周期為15s，即按CO傳感器MGS110的工作周期進(jìn)行采樣，在MGS1100的加熱電壓為1V（低溫）時(shí)的大約9.5s處采樣MGS1100的輸出電壓V0UT，接著采樣MQ-2型煙霧傳感器的輸出V1和讀取ZigBee模塊內(nèi)置的溫度傳感器的溫度采樣值。采用中斷機(jī)制進(jìn)行采樣程序的觸發(fā)，將555定時(shí)器的輸出引到單片機(jī)的管腳，當(dāng)檢測到上升沿時(shí)觸發(fā)中斷程序，中斷程序內(nèi)利用AVRMega16單片機(jī)內(nèi)的定時(shí)計(jì)數(shù)器或延遲程序使信號(hào)采樣程序在觸發(fā)中斷后的第9.5s時(shí)開始運(yùn)行。對各采樣值進(jìn)行上文介紹的模糊判斷機(jī)制，若判斷為火災(zāi)或者疑似火災(zāi)，則通過ZigBee無線收發(fā)模塊將判斷信息發(fā)送到監(jiān)控主機(jī)。

　　4 主機(jī)監(jiān)控界面系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　為了提供可視化的操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，選擇MICROSOFT VISUAL BASIC 6.0設(shè)計(jì)了上位主機(jī)監(jiān)控界面。VISUAL BASIC 6.0中提供了大量的控件和對象，對象的事件處理能力足夠滿足設(shè)計(jì)的需要。

　　主機(jī)通過RS232串口經(jīng)過RS232／TFL電平轉(zhuǎn)換，與ZigBee網(wǎng)絡(luò)master節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信。VISUALBASIC 6.0中的MSComm通信控件提供了標(biāo)準(zhǔn)的事件處理函數(shù)和過程¨ ，并可以通過屬性的設(shè)置或者編程的方法設(shè)置串口的參數(shù)。監(jiān)控主機(jī)界面的主要功能如下：

　　1）動(dòng)態(tài)的提醒和顯示出現(xiàn)火災(zāi)或者疑似火災(zāi)的地點(diǎn)，并以數(shù)據(jù)庫的形式將其發(fā)生時(shí)問日期、地點(diǎn)、處理情況等信息保存下來。

　　2）發(fā)送client節(jié)點(diǎn)查詢命令，以檢查client節(jié)點(diǎn)是否在正常工作；可以根據(jù)需要，在界面里配置各常用的串口參數(shù)。

　　3）顯示和提供人性化的操作方式。提供對數(shù)據(jù)庫的各種操作，包括生成和打印報(bào)表等。

　　5 結(jié)束語

　　本文設(shè)計(jì)了一種使用ZigBee傳輸數(shù)據(jù)的火災(zāi)監(jiān)測與報(bào)警系統(tǒng)，并已初步實(shí)現(xiàn)了它?；赯igBee的無線信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)克服了傳統(tǒng)有線信號(hào)傳輸網(wǎng)絡(luò)的缺點(diǎn)，而且采用多信息融合和模糊推理方法，較好的提高了檢測速度，減小了誤判率。但在較為具體實(shí)現(xiàn)的低功耗和低成本方面，仍需要進(jìn)一步的提高。

參考文獻(xiàn):

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