基于ZigBee的微波火灾探测系统设计

摘要

随着经济的快速增长，我国城市化和城镇化不断地向前推进，人口数量也在增长，城市中不断地出现各种各样的高层建筑和堆积较多物资的仓库，在这种情况下，一旦失火，就会造成重大灾难，同时也会对火灾的救援工作带来很大的困难。因此，用于保障人身安全以及财产安全的火灾自动报警系统显得尤为重要。　　当前，国内外火灾探测技术主要是以高灵敏度红外传感器为主、辅以感烟、感温等多传感信息融合技术，然而对于火灾早期、有遮挡物的火源以及特殊无烟材料火灾，运用现有技术进行实时监测、检测就较为困难。面对这种情况，微波辐射探测技术在探测火灾上的优势体现出来，并得到应用。利用微波辐射探测火灾具有独特的穿透性优势，在隔墙、隔门、隔窗等情况下，可以探测建筑内部的火势情况，告知消防队员火源状态，以免发生一些意外。　　本设计综合国内外火灾探测技术，考虑各个探测技术的优缺点，针对火的辐射频段，设计一个双频阵列天线用以接收火的辐射信号，该天线具有较好的回波损耗以及较高增益，可以很好的接收火灾辐射信号，基于天线检测频段，设计一个合理的接收机，用于对信号的处理、转换，最后利用ZigBee传输网络完成数据的层层传输。在结构上，探测天线采用微带阵列结构，体积较小，具有很好的适用性，接收机采用零中频接收结构，有效的对信号进行处理。　　本课题主要完成工作有：　　第一，检测天线设计。针对火的辐射频段，设计一款高增益的双频检测天线。　　第二，在基于检测天线基础上提出合理的接收机结构，用于对天线检测出的信号进行处理，将信号转化为可以在网络中进行传输的电压信号。　　第三，针对于信号传输，提出合适的传输网络，利用ZigBee技术对接收、处理过的信号进行传输。并利用节点组成相应网络，构建传输平台。　　最后，通过IAR软件，对网络节点的程序进行设计。在ZigBee标准协议的基础上，构建一个适用于本课题设计的网络，并经过实验验证网络的实用性。　　经过一系列的实验验证，设计的天线参数基本满足课题需求，设计的接收机能够很好的对信号进行处理、转化，数据传输网络能够有效地运行，最终的燃烧火实验表明，发生火灾时，设计的整体系统能够检测到火灾信号，完成整个设计。

目录

第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 ZigBee技术研究现状

1.4 课题主要研究内容

第二章 火灾探测的原理及干扰因素

2.1 火灾的危害

2.2 微波探测原理

2.3 火灾探测的干扰源

2.4 本章小结

第三章 检测天线设计

3.1微带天线的基本理论

3.2 微带天线的馈电方式

3.3 双频微带天线

3.4 天线阵列基础理论

3.5 天线单元设计

3.6 双频天线阵的设计

3.7 本章小结

第四章 火灾检测网络方案的设计与实现

4.1网络协议栈

4.2 检测网络的硬件结构

4.3 无线收发模块

4.4 ZigBee 软件开发

4.5系统接收机的设计及实现

4.7 本章小结

第五章 系统调试

5.1 模拟火信号测试天线的结果及分析

5.2 模拟火信号进行性能测试的结果及分析

5.3 燃烧火验证整体系统的结果及分析

5.4 利用ZigBee网络传输火灾探测系统检测输出值的结果及分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

致谢

研究生期间论文发表