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基于ZigBee技術(shù)的無線消防報(bào)警定位系統(tǒng)
（作者未知） 2011/6/23
摘要:火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)是早期探測(cè)火災(zāi)、將火災(zāi)遏制在萌芽狀態(tài)的重要設(shè)備。隨著信息與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展,使得分布智能式、大容量、網(wǎng)絡(luò)化的火災(zāi)報(bào)警控制器的實(shí)現(xiàn)成為可能。本文研究ZigBee無線消防報(bào)警定位系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞:火災(zāi)報(bào)替系統(tǒng);無線傳感器網(wǎng)絡(luò);ZigBee;定位
消防一直是關(guān)系社會(huì)安定和公眾安全的重要問題。隨著現(xiàn)代化城市布局的擴(kuò)大和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,建筑物內(nèi)人口的增加,煤氣、家用電器設(shè)備和公用電器設(shè)備使用中出現(xiàn)的可燃?xì)怏w泄露、電氣設(shè)備過載、過熱、短路等不安全因素,均具有火災(zāi)隱患,重特大火災(zāi)發(fā)生幾率呈上升趨勢(shì)�，F(xiàn)代火災(zāi)已呈現(xiàn)出立體化、復(fù)雜化、多樣化的趨勢(shì),對(duì)人民的生命和財(cái)產(chǎn)造成很大的威脅和損失。
一、無線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)
無線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)與傳統(tǒng)的有線系統(tǒng)的區(qū)別在于:前者是通過無線信號(hào)而不是用導(dǎo)線將各個(gè)裝置連成一個(gè)系統(tǒng),這就使得硬件系統(tǒng)的安裝簡單而快速,最大限度減少對(duì)客戶的干擾和對(duì)建筑物的破壞。無線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)借助于無線電信號(hào)而不是導(dǎo)線傳輸數(shù)據(jù),并用電池為系統(tǒng)組件提供工作電源。當(dāng)傳感器監(jiān)測(cè)到異常信號(hào),短波無線電在1秒之內(nèi)將所得數(shù)據(jù)傳送到控制面板,由天線完成系統(tǒng)的主要輸入輸出。
如今,幾乎所有布線連接的電器裝置都可以改由無線電信號(hào)來控制,同時(shí)隨著電器元件的成本、自動(dòng)化裝配成本的下降,無線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的成本也隨之大幅度降低,并且隨著系統(tǒng)整體性能的提高,無線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在很多情況下與有線系統(tǒng)相比,無論是在性能上還是價(jià)格上,都具有相當(dāng)大的競(jìng)爭(zhēng)力,同時(shí)由于安裝速度快,對(duì)建筑物損毀小,無線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)日趨明顯,應(yīng)用場(chǎng)所日益廣泛,其潛在市場(chǎng)正在被打開。
二、無線消防報(bào)普定位系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
ZigBee協(xié)調(diào)器、中繼器(路由器)和終端設(shè)備以邊緣為星型的網(wǎng)狀拓?fù)浞绞竭B接。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中某處物理位置發(fā)生火警時(shí),其附近傳感器節(jié)點(diǎn)感測(cè)到火警并將其通過網(wǎng)絡(luò)傳播出去;進(jìn)入火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的消防人員隨身攜帶嵌入了無線模塊的移動(dòng)裝置,視為網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)節(jié)點(diǎn),它通過向其周圍固定安裝的位置已知的節(jié)點(diǎn)發(fā)送測(cè)量命令消息,接收到消息的節(jié)點(diǎn)通過其中所包含的信息可為位置未知的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)估算出所在位置。網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器可將網(wǎng)絡(luò)信息傳送到PC中,從而可了解網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)工作情況以及消防人員的位置。
(一)硬件總體設(shè)計(jì)方案
根據(jù)國內(nèi)無線頻譜管理相關(guān)規(guī)定,基于ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品只能選擇2.4GHz頻段的器件。目前已經(jīng)推出了MCU與RF集成的“射頻SoC”。例如Chipcon公司2006年第一季度推出的CC2431,它由2.4GHzDSSS射頻收發(fā)器核心和增強(qiáng)型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的8位8051微控制器組成,是目前世界上僅有的帶有 128K閃存的8051內(nèi)核的ZigBee無線單片機(jī),并帶有定位跟蹤引擎。從本設(shè)計(jì)的功能要求和性能指標(biāo)來看,此類器件無疑是非常理想的選擇:低復(fù)雜度,低功耗,低速率,體積小,并能同時(shí)方便地滿足組網(wǎng)和定位的需要。但是經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)研后發(fā)現(xiàn),“物美”卻不“價(jià)廉”,無論是芯片還是開發(fā)工具都價(jià)格不菲。
出于符合要求又兼顧成本的綜合考慮,經(jīng)過對(duì)不同方案的研究和對(duì)比,決定還是采用獨(dú)立MCU與RF器件的硬件架構(gòu)。MCU采用Microchip公司的PIC18LF2620,它是8位微控制器,低電壓供電,28個(gè)管腳包含3組雙向1/0,中斷和定時(shí)器資源都很豐富,并且很容易將程序功能擴(kuò)展移植到40腳的PIC18LF4620。RF采用Chipeon公司的Ce2500,它的工作頻帶范圍為2400~2483.5GHz,采用0.18微米CMOS工藝,外形小,需要的外部元件數(shù)量少,而且價(jià)格十分低廉,低電壓供電,高接收靈敏度,屬于超低成本ZigBeeRF芯片。其余的器件比如傳感器、串口通信器件等,以及必要外圍器件如LED,均考慮了體積與功耗因素。
(二)軟件總體設(shè)計(jì)
要組建一個(gè)基于ZigBee技術(shù)的無線消防報(bào)警定位系統(tǒng),首先要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理,例如環(huán)境感測(cè)數(shù)據(jù);然后要實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)間的通信,才能將獲得的信息從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳送到其他節(jié)點(diǎn);最后要進(jìn)行組網(wǎng)以及定位估計(jì),才能最終實(shí)現(xiàn)一個(gè)自組織網(wǎng)絡(luò)并對(duì)移動(dòng)未知節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位。
1、數(shù)據(jù)采集與傳輸
這一部分主要包括傳感器信息的采集、所使用的幾種通信方式、數(shù)據(jù)傳輸機(jī)制。
傳感器信息的采集,其實(shí)就是處理傳感器和微控制器的接口。傳感器將采集來的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量,送進(jìn)微控制器;微控制器根據(jù)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)處理。
IEEE802.15.4規(guī)定所有的通信是基于包的。在數(shù)據(jù)通信部分,RF芯片已經(jīng)對(duì)一些功能例如CCA、LQI、同步字探測(cè)、地址校驗(yàn)、自動(dòng)CRC等給予了硬件支持,這些減少了軟件設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)于數(shù)據(jù)包形成（未完，下一頁）
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