摘要：針對傳統(tǒng)火災報警檢測系統(tǒng)的許多缺點，研制了火災報警檢測系統(tǒng)的無線傳感器網絡，并對WSN在智能化火災報警系統(tǒng)中的應用進行了分析，使得火災報警檢測系統(tǒng)的節(jié)點位置、監(jiān)測范圍、節(jié)點敏感度、節(jié)點間距離都得以改善和提高。

　　0 引言

　　火災報警對于任何一個部門無疑都是非常重要的。大多數小區(qū)在多個地方一般都安裝了火災報警系統(tǒng)，起到了一定的效果，但也存在一些問題，不能及時、快速、準確地反映小區(qū)內的火災情況，一旦發(fā)生火災，不僅導致居民財產損失，還有可能造成人員傷亡。

　　傳統(tǒng)小區(qū)火災報警檢測系統(tǒng)，通常需要通過布線將系統(tǒng)中的各種部件連接起來，完成這樣的安裝工程，往往需要花費大量的時間，給客戶的正常工作帶來不必要的打擾，甚至造成建筑物結構被破壞。而且，硬件線路容易老化或遭到腐蝕，磨損，發(fā)生故障多；導線的數量也會隨著傳感器數量的增加而增加；節(jié)點位置太固定、檢測范圍受限、節(jié)點敏感度較低、節(jié)點間距離較大、存在安全死角。針對這種情況，本文對其進行了改進，將基于ZigBee的WSN技術應用于火災檢測系統(tǒng)中。選擇ZigBee技術作為溫度檢測系統(tǒng)的無線通信方式。在分析和理解ZigBee協(xié)議規(guī)范的基礎上，提出一種基于ZigBee技術的火災報警檢測的無線傳感器網絡構成框圖?？驁D分為網絡協(xié)調器和RFD節(jié)點兩部分，網絡協(xié)調器負責接收各終端節(jié)點傳送過來的溫度數據，并將數據及時通過RS232串口按一定格式上傳PC機顯示。RFD節(jié)點可檢測自己所處的環(huán)境數據，然后發(fā)送給網絡協(xié)調器。

　　基于無線傳感器網絡技術的火災報警檢測系統(tǒng)，節(jié)點可以人工擺放，隨意控制節(jié)點的檢測范圍和信號覆蓋范圍。大大提高了小區(qū)火災發(fā)現(xiàn)率，降低了事故率，對小區(qū)財產及人員的安全有很大的實際意義。

　　1 系統(tǒng)總體網絡體系結構

　　設計的總體系統(tǒng)網絡體系結構如圖1所示。ZigBee無線系統(tǒng)主要由若干個具有路由功能的無線節(jié)點和ZigBee中心網絡協(xié)調器組成，無線網橋連接ZigBee無線網絡與以太網，負責無線傳感器網絡節(jié)點和設備節(jié)點的管理。圖中A、B、C、D為具有路由功能的FFD節(jié)點，傳感器節(jié)點與路由節(jié)點自主形成一個多跳的網絡。系統(tǒng)采用基于語義的數據處理，調整溫度、煙霧濃度和光濃度的閥值可使其應用于不同環(huán)境。同時，設計采用組合事件檢測的方法，避免由于溫度、煙霧濃度或者光濃度的突然波動而引起的錯誤報警，還可根據具體環(huán)境，方便靈活地調整和擴展事件監(jiān)測的方法。

　　2 WSN系統(tǒng)設計

　　CC2430芯片是Chipcon公司生產的首款符合ZigBee技術的2.4 GHz射頻系統(tǒng)單芯片。適用于各種ZigBee無線網絡節(jié)點，包括協(xié)調器、路由器和終端設備。CC2430芯片以強大的集成開發(fā)環(huán)境IAR作為支持，它結合Chipcon公司先進的ZigBee協(xié)議棧、工具包和參考設計，是的ZigBee解決方案。它集成了增強型51內核MCU、閃存、IEEE802.15.4所需要的全部硬件。CC2430 SOC家族包括3個不同系列的產品，CC2430.F32,CC2430.F64和CC2430.F128.它們的區(qū)別在于內置閃存的容量不同，分別是32K、64K和128K片內閃存。

　　WSN火災報警檢測系統(tǒng)采用星型無線網絡系統(tǒng)，系統(tǒng)中只有一個網絡協(xié)調器和很多個RFD節(jié)點，網絡協(xié)調器設置在管理中心，負責建立網絡和管理網絡，并顯示當前整個網絡的狀況并把收到的數據通過串口傳給計算機。而檢測終端節(jié)點分布在監(jiān)測地點，負責采集相關采集值，然后定期發(fā)送到網絡協(xié)調器。

　　火災報警檢測節(jié)點RFD,由一個CC2430模塊，溫度、光敏、煙霧等傳感器及電池構成，每個RFD節(jié)點被初始化為無線傳感網絡中的終端設備。

　　上電復位后，開始搜索網絡協(xié)調器，并發(fā)出連接請求，連接成功后，將得到一個16位的短地址，以后就用這個短地址進行通信。

　　RFD節(jié)點可檢測自己所處的環(huán)境數據，然后發(fā)送給網絡協(xié)調器。

　　其程序流程圖如下：

圖3 檢測節(jié)點RFD程序流程圖

　　首先RFD節(jié)點上電初始化，然后向協(xié)調器發(fā)送要求加入網絡的信號，得到網絡協(xié)調器的許可，加入網絡成功后，節(jié)點無線模塊處于空閑狀態(tài)。節(jié)點相關傳感器采集到信號后，無線模塊進入發(fā)送狀態(tài)，將采集到的數據信號發(fā)送至網絡協(xié)調器。發(fā)送成功后，節(jié)點無線模塊進入空閑狀態(tài)，等待下次數據的采集。

　　程序中通過以下語句對RFD的三種狀態(tài)進行定義：

　　在主程序中，通過下列程序指定RFD的發(fā)送數據的目的地址。系統(tǒng)中各節(jié)點數據全部發(fā)往網絡協(xié)調器。

　　網絡協(xié)調器負責啟動整個網絡。它也是網絡的個設備。協(xié)調器選擇一個信道和一個網絡ID（也稱之為PANID,即Personal Area Network ID），隨后啟動整個網絡。協(xié)調器也可以用來協(xié)助建立網絡中安全層和應用層的綁定（bindings）。在溫度檢測系統(tǒng)中，網絡協(xié)調器負責接收各終端節(jié)點傳送過來的傳感器數據，并將數據及時通過RS232串口按一定格式上傳PC機顯示。

　　流程圖如下：

圖4 網絡協(xié)調器流程圖

　　圖5為某一RFD節(jié)點所采集到的數據：

圖5 采集到的部分節(jié)點數據

　　3 組合時間檢測

　　為了保證報警系統(tǒng)的準確性和可靠性，某個事件發(fā)生與否的結論不能只僅僅根據事件的某個單一特性。對于火災報警，火災事件是許多不同特性的融合，即火災如果發(fā)生，要同時滿足temperature>100℃并且smoke>100 mg/L,而不僅僅是temperature>100℃或者是smoke>100 mg/L.因此火災發(fā)生與否為組合事f~（fire）。

　　組合事件（E）定義如下：

　　E=F（P1（x），…，Pn（x）），其中P1（x）到Pn（x）為謂詞，F(xiàn)為邏輯函數，其操作符可為'∧','∨'等。

　　為了根據多種特性監(jiān)測火災，每個節(jié)點同時布置溫度、煙霧濃度和光敏傳感器，則火災組合事件可定義為Fire=P1（x）∧P2（x）∧P3（x），其中P1（x）=（temperature>100℃），P2（x）=（smoke>100 mg/L），P3（x）=（light>500cd）。同時可根據監(jiān)測范圍內的具體環(huán)境特點擴展火災事件（fire），如增加有害氣體的濃度等。

　　4 結束語

　　本文設計的基于ZigBee的WSN火災報警檢測系統(tǒng)，具有低能耗特點，同時該系統(tǒng)容易擴展，具有一定的實用性和推廣性。