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1、 成绩： 西安建筑科技大学华清学院毕业设计 (论文)文献综述院 （系）： 信息与控制工程 系 专业班级： 毕 业 设 计论 文 方 向 : 开发类 综述题目 ： 基于无线网络的火灾探测报警传感节点学生姓名： 学 号： 指导教师： 20152015 年年 0303 月月 2727 日日基于无线网络火灾探测报警系统传感节点 设计摘要:随着我国经济迅速发展，现代建筑不断涌现，同时由于人口的密集程度增加，因此一旦发生火灾将造成巨大生命和财产损失。火灾自动报警系统所具有的早期发现并通知火灾和启动灭火设备灭火的功能，使大量火灾在起初阶段就被扑灭，避免了重大经济损失，成为现代消防不可缺少的安全技术措施。预防
2、和消除火灾引起了消防部门和社会各方面的高度重视，因此使火灾自动报警设备的设计、生产、应用有了较大的发展。火灾自动报警系统是在保护对象发生火灾的情况下自动探测、显示火灾警报的装置。它广泛应用于高层建筑、物资仓库、计算中心、现代化工厂等建筑物内。安装火灾自动报警系统的目的，就是及时发现火灾、及时采取灭火、疏散等措施，最大限度的降低因火灾带来的损失。为了更好地进行人机交互，把与火灾有关的各种信息以文字或图形方式显示在液晶屏和 CRT 上。火灾自动报警系统是由火灾报警控制器、火灾报警探测器及其它现场报警器组成。按照消防规范，火灾报警探测器主要有感烟探测器、感温探测器、手动报警按钮另一方面，随着人们生活
3、水平的提高和安全防范意识增强，急需开发面向普通居民价格低廉、运行可靠的自动报警系统。这次毕设利用单片机 Zigbee 模块，利用传感器信息融合技术,完成语音报警的实用、可靠的单片机语音自动报警系统,着重阐述了该系统的组成形式及工作原理。基于该系统原理的相关产品已在线使用。实践表明,单片机技术在系统报警和其它一些自动控制领域中有着广泛的应用前景。本文介绍了一种基于无限网络的火灾报警探测传感系统，该系统由至少一个无线采样点和记录无线采样点的烟雾、温度、报警数据。并包含系统的硬件和软件的设计，利用传感器、CC2530单片机的原理完成设计理念。实现报警功能。针对当前火灾自动报警系统存在的误报漏报频繁、
4、智能化和化程度低、特殊恶劣条件下火灾探测报警抗干扰能力弱等问题，本设计采用烟雾传感器作为火灾信号检测器，实现多种火灾情况的监控报警，无线收发模块可自动编码和接收火灾信号。系统采用智能识别算法，主机与各终端设备间通过中继实现200m以上的远距离无线信号传输，主机可数字显示火灾发生的位置、对终端被测点的温度检测、备用电池的电压监控和喇叭发声报警。除此之外，为了增加系统的应用范围，PC的COM口可通过RS232转换实现用计算机监控每火灾报警终端点。系统设计科学合理、功能全、造价低、灵敏度高、实用性强等特点。关键词：Zigbee CC2530 传感器 火灾报警 1.前言前言火灾自动报警系统是楼宇自动化
5、的重要组成部分。现有的火灾自动报警系统大多是以有线方式连接，这会造成布线繁琐，系统维护成本太高等问题。由于无线通信方式具有灵活，不需布线等优势，本课题提出了一种基于无线和有线相结合的楼宇内的自动火灾报警系统。即楼宇内安装的火灾探测器节点组成一个基于ZigBee 的无线传感器网络，以无线的方式相互通信；而中心火灾控制器则通过CAN 总线与 ZigBee 无线网络中心节点连接从而实现对网络规模的扩展以及网络的监控。针对当前火灾自动报警系统存在的误报漏报频繁、智能化和化程度低、特殊恶劣条件下火灾探测报警抗干扰能力弱等问题，本设计准备以STC89C52RC 为核心，可以采用烟雾传感器 ZYMQ-2 作
6、为火灾信号检测器，实现多种火灾情况的监控报警，无线收发模块 RF1100-232 可自动编码和接收火灾信号。系统采用智能识别算法，主机与各终端设备间通过中继实现 200m 以上的远距离无线信号传输，主机可数字显示火灾发生的位置、对终端被测点的温度检测、备用电池的电压监控和喇叭发声报警。除此之外，为了增加系统的应用范围，PC 的 COM 口可通过 RS232 转换实现用计算机监控每火灾报警终端点。无线网络（wireless network）是采用无线通信技术实现的网络。无线网络既包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，也包括为近距离无线连接进行优化的红外线技术及射频技术，与有线网络的
7、用途十分类似，最大的不同在于传输媒介的不同，利用无线电技术取代网线，可以和有线网络互为备份。实现无线网络需要无线网卡、网卡等硬件设施，根据不同的应用环境，无线局域网采用的拓扑结构主要有网桥连接型、访问节点连接型、HUB 接入型和无中心型四种，当然需要一定的网络协议，如 DHCP 协议。ZigBee 是基于 IEEE802.15.4 标准的低功耗局域网协议。根据国际标准规定，ZigBee 技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。这一名称（又称紫蜂协议）来源于蜜蜂的八字舞，由于蜜蜂(bee)是靠飞翔和“嗡嗡”(zig)地抖动翅膀的“舞蹈”来与同伴传递花粉所在方位信息，也就是说蜜蜂依靠这样的方式构成
8、了群体中的通信网络。其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率。主要适合用于自动控制和远程控制领域，可以嵌入各种设备。简而言之，ZigBee 就是一种便宜的，低功耗的近距离无线组网通讯技术。ZigBee是一种低速短距离传输的无线网络协议。ZigBee 协议从下到上分别为物理层(PHY)、媒体访问控制层(MAC)、传输层(TL)、网络层(NWK)、应用层(APL)等。其中物理层和媒体访问控制层遵循 IEEE 802.15.4 标准的规定。2.研究内容第一部分 熟悉火灾探测系统的工作原理及组成。它是消防火灾自动报警系统中，对现场进行探查，发现火灾的设备。火灾探测器是系统的“感觉器官”，它
9、的作用是监视环境中有没有火灾的发生。一旦有了火情，就将火灾的特征物理量，如温度、烟雾、气体和辐射光强等转换成电信号，并立即动作向火灾报警控制器发送报警信号。报警系统由单片机、气体传感器、电源模块、收发模块四部分组成。单片机是整个报警系统的核心，其工作原理是先通过ZYMQ-2传感器(包括温感和烟感)将现场温度、气体等非电信号转化为模拟信号或数字信号。ZYMQ-2传感器采集到火灾信号后，由单片机对该路信号进行编码，再将信息串行传送给发送模块发射火灾信号，接收模块通过之前的协议进行通讯提醒主机报警。各路终端检测点对信号的编码不一样，由天线发射出去的编码信号就代表不同检测点。接收模块接收报警信号后送到
10、主机显示检测点，并驱动蜂鸣器发声报警。第二部分 掌握基于CC2530芯片的Zigbee模块。ZigBee技术是一种短距离、便宜的、低功耗的近距离无线组网通讯技术。第三部分 传感器原理及选型。温度传感器是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按测量方式可分为接触式和非接触式两大类，按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。烟雾传感器就是通过监测烟雾的浓度来实现火灾防范的，烟雾报警器内部采用离子式烟雾传感，离子式烟雾传感器是一种技术先进，工作稳定可靠的传感器，被广泛运用到各种消防报警系统中，性能远优于气敏电阻类的火灾报警器。ZYMQ-2气体传感器是由微型AL2O3陶瓷管、SnO2敏感层、测量
11、电极加热器构成的敏感元件，固定在不锈钢制成的腔体内，加热器为气敏元件提供了条件。如图4所示。该传感器有4支管脚，其中2支用于信号的取出，其余的两支为电源脚，提供加热电流。ZYMQ-2气体传感器可应用于家居和工厂的各种气体泄漏检测，适宜于液化氢，甲烷，丁烷，丙烷，氢气，烟雾等的探测；其特点如下：具有信号输出指示；双路信号输出（模拟量输出及TTL电平输出）；TTL输出有效信号为低电平（当输出低电平时信号灯亮，可直接接单片机）；模拟量输出05V电压，浓度越高电压越高；对液化气，天然气，城市煤气有较好的灵敏度；具有长期的使用寿命和可靠的稳定性；快速的响应恢复特性。ZYMQ-2气体传感器有两个信号输出端
12、口，即AOUT和DOUT。AOUT端口是模拟电压输出端，可检测环境参数的浓度变化，DOUT端口是TTL电平输出端，根据环境参数的变化输出高低电平，调节可调电阻进行灵敏度的调节。本系统中用DOUT端口接单片机的P3.3口，正常时DOUT端口输出高电平，当环境参数满足传感器检测范围内时，DOUT端口立即变为低电平信号，使P3.3口置0。RF1100-232无线收发模块是TI公司的CC1101低功耗无线通信芯片，最大发射功率可达10mW。模块工作于433MHz频段，该频段为免费ISM频段免许可证使用（420MHz440MHz）。基于FSK的调制方式，该芯片采用高效前向纠错和信道交织编码技术，提高了数
13、据抗随机干扰和突发干扰的能力，在信道误码率为10-2时，可得到实际误码率10-510-6。另外单个模块传输距离远，1200bps传输距离最大可达200m，支持透明数据传输，拥有256个可编程信道。RF1100-232 模块使用宽电源输入设计，直流电源供电，其工作电压范围+2.7V+5.5V。RF1100-232 无线收发模块提供 TTL 电平接口，直接连接串口设备。如需连接 PC 的 RS232 口（需要调试底层软件，或通过 PC 远程控制终端设备），可连接 TTL 转 RS232 的电平转换板。 RF1100-232是半双工工作的，收发一体模块，即每个模块既可以收，也可以发。如果要发送数据，
14、只需要把该字节数据通过串口写入模块，模块收到该字节数据就通过无线发出； 如果收到无线数据，则模块自动把该字节数据从串口送出 ；一次连续发的数据或字符串长度不要大于30，也就是说如果数据长度大于30， 则需要分开发送。该模块的4脚（Rxd）接单片机的P3.1（Txd）口,5脚(Txd)接单片机的P3.0（Rxd）口，3脚和6脚接电源，剩余两脚未用。当P3.4口=0时，单片机通过串口与该模块通讯。终端收发模块自动进行编码和发送数据，主机收发模块进行信号的接收和译码。 为了节约单片机系统资源，剩下的I/O口用于驱动显示电路。由于动态扫描的方式占用CPU资源，有延时作用，且扫描显示的数据较暗同时影响串
15、行传输的波特率，为此本系统采用静态扫描的方式驱动4位数码管。P2.0P2.3作为4为数码管的位选端，P0.0P0.6扫描4位数码管的七段。正常情况下P2.0P2.3，P2.4口为高电平，三极管Q1Q5处于截止状态，当收到火灾信号后，P2.0P2.3，P3.4立即变为低电平，三极管Q1Q5导通，进行数码管的位选，同时P0.0P0.6开始扫描数码管显示编号提醒火灾发生的位置，蜂鸣器得电发声报警。SB为报警确认(解警)按键接终端监测点的P3.4口。 电源适配器输出5V/1A，为系统提供稳定的电压。此外，为了保证系统能稳定、可靠的火灾报警，另给系统加上了直流备用电源。正常工作状态下电源适配器的电压为5V，而直流电源端的电压为4.8V，使得直流电源端二极管处于截止状态，整个系统由电源适配器供电。当火灾情况发生时，若交流线路被烧断或线路停电，则直流电源端的电压大于电源适配器端的电压，二极管导通，直流电源为整个系统供电。电池电压检测电路的作用是随时检测备用直流电源电压跌落，以保证系统能正常工作。该电路由稳压管D1，晶体管Q1及电阻R1组成。当电池电压在正常情况下，稳压管D1处于击穿状态，晶体管Q1导通，输出低电平。当电电到终止电压时，稳压管D1处于截止状
