基于ZigBee的家庭火灾报警系统的设计

摘要

随着科技的发展和人们对高水平生活的追求，越来越多的家用电器走入了人们的家庭，它们给人们的生活带来了方便和快捷，但同时也带来了很多的安全隐患。根据相关部门的统计，每年家庭发生火灾的次数相当多，而且死亡率极高，因此对于家庭火灾报警系统的研究具有十分重要的意义。而目前我国的火灾报警系统采用的是单传感器进行检测，由于外界环境因素的影响不可避免的会存在一定的误报率和漏报率，而且安装和维修成本很高。伴随着无线传感器网络的出现和发展，将它应用到家庭火灾报警系统成为了可能，基于网络化的火灾报警系统具有成本低、安装方便、稳定性高的特点。ZigBee技术是一种无线通信技术，因其具有短时延和数据传输可靠的独特优势，它更适合于应用到家庭火灾报警系统中。本文从ZigBee技术组建无线传感器网络的优势出发设计了家庭火灾报警系统。
　　 整个家庭火灾报警系统是依据《火灾自动报警系统设计规范》进行设计，它满足区域火灾报警系统的要求。ZigBee的网络拓扑结构有星型结构、网状结构和簇树型结构，而根据家庭房间的布局结构，本系统采用簇树结构来组建无线传感器网络。本系统以CC2430芯片为核心来组建家庭无线传感器网络，其中：协调器节点用来处理和分析火灾信号，路由器节点用来传递和监测火灾信号，终端节点用来监测和发送火灾信号。当协调器节点判断确实有火灾发生时，就会将火灾信息发送到客户端，同时会向所有的节点发送广播信息从而产生报警并通过GSM模块将信息发送到用户的手机，及时提醒用户家中有火灾发生。客户端在收到协调器的火灾信息后会显示到界面上并将该信息通过Internet发送到小区监控中心，监控中心会根据火灾信息显示的位置及时采取救援，保护人们的生命和财产安全。为了能够有效的减少火灾漏报的发生，本系统采用烟雾传感器、CO传感器和热释电红外线传感器来监测火灾信号；为了能够有效的减少火灾误报的发生，本系统在设定的时间内采用加权算法来判断火灾是否发生。
　　 CC2430芯片拥有21个通用I/O口，非常适合多输入信号的系统设计，因此本文以CC2430片上系统为核心来设计无线传感器网络节点，并在此基础上设计了CC2430芯片外部接口模块、升压模块、烟雾传感器模块、CO传感器模块和热释电红外线传感器模块、报警器模块。CC2430芯片输出的3.3V电压通过升压模块输出5V电压，为传感器提供稳定的电压。三种传感器分别监测火灾信号并通过比较器转化成高低电平输入到CC2430芯片中。整个硬件设计应满足可靠性、实时性、低成本的要求。
　　 在硬件设计的基础上，本文通过在IAR Embedded Workbench7.30B开发环境下移植Z-Stack协议来设计满足家庭火灾报警系统性能的下位机软件。整个软件设计包含了节点的组网、采集信息、传递信息、处理信息等功能设计。本系统使用Visual Basic6.0开发环境设计了客户端和小区监控系统，客户端用于显示火灾位置，并将火灾信息传递给监控系统；监控系统与每一个客户端连接，显示客户端发送的火灾信息并存储到数据库中。
　　 本文最后在实验室对整个系统进行了测试，它实现了家庭火灾报警系统所应有的功能，并且有效的减少了火灾的误报和漏报，对于家庭的火灾报警是有效的。