專利名稱：基于ZigBee的無線消防探測器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及無線消防探測器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，更具體地說是一種基于ZigBee的無線消防探測器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
具有火災(zāi)探測功能、自動報警，并聯(lián)動自動滅火裝置的消防系統(tǒng)已成為保障人民生產(chǎn)、生活順利進行的十分重要手段。但是，國內(nèi)目前尚無無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)，對于一些沒有條件設(shè)置有線消防系統(tǒng)的古建筑來說，因其耐火等級低、火災(zāi)荷載大、建筑毗連、組群布局、遠離城鎮(zhèn)、靠山缺水、器材缺乏、道路不暢等原因，存在著重大的安全隱患；在一些多功能樓宇內(nèi)，布線混亂、線路老化也為有線系統(tǒng)長期可靠工作增加了相當?shù)碾y度；已經(jīng)投入使用的建筑重新配備有線系統(tǒng)不僅成本高，而且難度也相當大。而國外現(xiàn)有的非網(wǎng)絡(luò)的無線消防探測系統(tǒng)產(chǎn)品存在著支持規(guī)模小、價格昂貴等問題，不能滿足我國需求。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的不足之處，提供一種安裝便利、價格適中、工作可靠的基于ZigBee的無線消防探測器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
本實用新型解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是本實用新型基于ZigBee的無線消防探測器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其系統(tǒng)組成包括無線消防通信網(wǎng)絡(luò)模塊、無線消防網(wǎng)關(guān)和消防控制器所述無線消防通信網(wǎng)絡(luò)模塊，包括消防探測器、相應(yīng)聯(lián)動裝置、無線通信模塊及無線消防中繼器，完成火災(zāi)信息數(shù)據(jù)的采集與網(wǎng)絡(luò)化傳輸，其中a、所述消防探測器包括煙霧探測器、可燃氣體探測器、溫度探測器，用于對火災(zāi)和當前區(qū)域狀態(tài)進行捕捉；b、所述相應(yīng)聯(lián)動裝置包括消防水閥、噴灑裝置、聲光報警器，用于接受消防控制器的指令實現(xiàn)自動滅火、指示火警、指引人群疏散；c、所述無線通信模塊采用ZigBee通信模塊，與消防探測器及聯(lián)動裝置相連，以ZigBee協(xié)議構(gòu)建無線通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化無線傳輸；d、所述無線消防中繼器通過無線通信模塊接入無線通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)無線信號的放大轉(zhuǎn)發(fā)功能；所述無線消防網(wǎng)關(guān)與所述消防控制器有線連接，并通過一個無線通信模塊接入無線消防通信網(wǎng)絡(luò)；由無線消防網(wǎng)關(guān)對網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進行收集，同時接受來自控制器的巡檢和查詢；由所述消防控制器接收無線消防網(wǎng)關(guān)收集的無線消防信號，根據(jù)不同的信號類型，輸出相應(yīng)的處理信息。
基于本實用新型系統(tǒng)的控制方法為a、無線通信模塊將消防探測器的輸入信號按照固定報文格式化，通過直接序列擴頻調(diào)制，然后按照ZigBee通信協(xié)議進行無線網(wǎng)絡(luò)傳輸；b、無線消防網(wǎng)關(guān)收集無線消防網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)信息，通過串口將信息按照消防控制器兼容報文格式發(fā)送給消防控制器；c、消防控制器對信息進行分析和做出相應(yīng)的處理；d、消防控制器可以控制路由，自動識別無線消防通信網(wǎng)絡(luò)模塊，任意增刪網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型有益效果體現(xiàn)在1、基于最新的ZigBee技術(shù)的無線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)ZigBee技術(shù)是專門針對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)開發(fā)的一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)。本實用新型采用了最新的ZigBee無線通信技術(shù)，構(gòu)建起無線消防探測器網(wǎng)絡(luò)，與傳統(tǒng)的有線消防報警系統(tǒng)相比，系統(tǒng)安裝，調(diào)試的復(fù)雜度大大降低，對建筑物的破壞和改造也幾乎不存在。對于國內(nèi)眾多無法進行改造的古建筑和已投入使用的建筑物的安防改造，有著很強的針對性和實用性。
2、靈活的自適應(yīng)性本實用新型所搭建的無線消防探測器網(wǎng)絡(luò)，有著健壯的網(wǎng)絡(luò)體系，具有強大的自適應(yīng)性。消防控制器可以控制路由，增刪探測器節(jié)點，使網(wǎng)絡(luò)規(guī)?？梢砸罁?jù)建筑規(guī)模任意調(diào)整，且安裝與設(shè)置的復(fù)雜度沒有增加，避免了傳統(tǒng)有線報警系統(tǒng)規(guī)模較小，靈活性弱的弊端。
3、低廉的成本國外已經(jīng)出現(xiàn)了無線消防探測器系統(tǒng)，但價格極為昂貴。本實用新型采用ZigBee技術(shù)具有低速率、低功耗、低成本等特點，使當前系統(tǒng)成本已經(jīng)下降到與傳統(tǒng)有線消防系統(tǒng)持平的程度，而且ZigBee模塊的價格仍在進一步降低，本實用新型的系統(tǒng)成本將會非常低廉，易于市場推廣。
4、低功耗本實用新型可以采用Ember公司的EM2420芯片，在單一的芯片內(nèi)包含了802.15.4及ZigBee兼容系統(tǒng)中必備的組件，支持同步睡眠和喚醒，有效的降低了功耗，在絕大多數(shù)目標應(yīng)用場合下僅靠兩節(jié)標準5號電池就可持續(xù)工作6個月至兩年，從而延長了各探測器節(jié)點維護周期，節(jié)省了相應(yīng)的人力和物力。
5、及時準確的信息收集與傳輸本實用新型通過采用高質(zhì)量消防探測器，能夠及時捕捉火情；通過在其無線網(wǎng)絡(luò)傳輸中采取8bit數(shù)據(jù)方式傳輸，以及定時發(fā)送、巡檢和報警輸出的三種傳輸方式進行協(xié)調(diào)工作，可以使信息數(shù)據(jù)能夠在第一時間進行網(wǎng)絡(luò)傳輸；基于ZigBee協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)傳輸，包括嚴格的數(shù)據(jù)校驗，充分保證了數(shù)據(jù)的準確性，有效避免了火情的誤報和漏報。
6、數(shù)據(jù)直觀齊全本實用新型內(nèi)部互相通訊的數(shù)據(jù)包括區(qū)域溫度，煙霧濃度，探測器位置，探測器電量等多種數(shù)據(jù)，并在消防控制器數(shù)據(jù)庫內(nèi)統(tǒng)一存儲、調(diào)用和管理，并以LCD顯示屏，自帶打印機進行數(shù)據(jù)輸出。


圖1為本實用新型的系統(tǒng)組成框圖。
圖2為本實用新型的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點硬件框圖。
圖3為本實用新型中所應(yīng)用的Ember ZigBee體系結(jié)構(gòu)示意。
具體實施方式
參見圖1，本實施例系統(tǒng)組成包括無線消防通信網(wǎng)絡(luò)模塊、無線消防網(wǎng)關(guān)和消防控制器所述無線消防通信網(wǎng)絡(luò)模塊，包括消防探測器、相應(yīng)聯(lián)動裝置、無線通信模塊及無線消防中繼器，完成火災(zāi)信息數(shù)據(jù)的采集與網(wǎng)絡(luò)化傳輸，其中a、消防探測器包括煙霧探測器、可燃氣體探測器、溫度探測器，用于對火災(zāi)和當前區(qū)域狀態(tài)進行捕捉；b、相應(yīng)聯(lián)動裝置包括消防水閥、噴灑裝置、聲光報警器，用于接受消防控制器的指令實現(xiàn)自動滅火、指示火警、指引人群疏散；c、無線通信模塊采用ZigBee通信模塊，與消防探測器及聯(lián)動裝置相連，以ZigBee協(xié)議構(gòu)建無線通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化無線傳輸；d、所述無線消防中繼器通過無線通信模塊接入無線通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)無線信號的放大轉(zhuǎn)發(fā)功能；所述無線消防網(wǎng)關(guān)與所述消防控制器有線連接，并通過一個無線通信模塊接入無線通信網(wǎng)絡(luò)；由無線消防網(wǎng)關(guān)對網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進行收集，同時接受來自控制器的巡檢和查詢；由所述消防控制器接收無線消防網(wǎng)關(guān)收集的無線消防信號，根據(jù)不同的信號類型，輸出相應(yīng)的處理信息。如果出現(xiàn)火情，將啟動警笛，并輸出火警信息，輸出控制指令以指揮消防聯(lián)動裝置及消防人員進行工作。
具體實施中，消防控制器支持多個總線回路，每條回路均為由該回路中的無線消防網(wǎng)關(guān)與無線消防通信網(wǎng)絡(luò)模塊以及所述消防控制器共同構(gòu)成的一個子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。本實施例最多可以支持20條總線回路，每個總線回路上連接一無線消防網(wǎng)關(guān)，并可最大支持200個節(jié)點，無線中繼器為大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)提供信號放大與轉(zhuǎn)發(fā)。所以對于單個消防控制器，可最大支持4000個節(jié)點，構(gòu)成一個龐大的無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
參見圖2，本實施例中的探測器節(jié)點主要由三部分構(gòu)成，包括傳感器電路、主控電路和無線收發(fā)電路。
其中，主控單片機采用AVR內(nèi)核的8位單片機Atmega128L，它采用先進的RISC架構(gòu)，提供豐富的IO，并具有很低的功耗。同時，它具有啟動引導(dǎo)功能，給程序的升級和維護提供了極大的方便。
無線收發(fā)電路采用Ember Crop的EM2420，它在單一的芯片內(nèi)包含了802.15.4及ZigBee兼容系統(tǒng)中所有必備的組件，融合了2.4GHz的射頻收發(fā)器，內(nèi)嵌了ZigBee的聯(lián)網(wǎng)堆棧和開發(fā)環(huán)境。
基于本實施例系統(tǒng)的控制方法為1、無線通信模塊將消防探測器的輸入信號按照固定報文格式化，通過直接序列擴頻調(diào)制，然后按照ZigBee無線通信協(xié)議進行無線網(wǎng)絡(luò)傳輸；在這一步驟中，消防探測器的輸入信號包括煙霧濃度，溫度，電量和開關(guān)量，包含以下三種接口a、報警、預(yù)警信號輸入接口提供兩個I/O口，所述I/O口通過10K電阻接地，高電平輸入；b、數(shù)字信號輸入接口采用UART接口，協(xié)定波特率；c、模擬電平信號輸入接口提供一路8位A/D輸入接口，其參考電壓(Vrf+和Vrf-)可調(diào)節(jié)。
報文格式為

無線網(wǎng)絡(luò)傳輸采取8bit數(shù)據(jù)方式傳輸，傳輸方式有三種定時發(fā)送、巡檢和報警輸出，其中巡檢某網(wǎng)絡(luò)節(jié)點對其發(fā)出查詢要求，則發(fā)送；定時發(fā)送定時向網(wǎng)絡(luò)節(jié)點發(fā)出狀態(tài)信息，供控制器記錄數(shù)據(jù)；
報警輸出當超過預(yù)警或報警閥值時，主動發(fā)送。
2、無線消防網(wǎng)關(guān)收集無線消防網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)信息，通過串口將信息按照消防控制器兼容報文格式發(fā)送給消防控制器。
具體實施中，無線消防網(wǎng)關(guān)收集無線消防網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)信息是通過利用與其相連的無線通信模塊作為采集節(jié)點來實現(xiàn)的。
3、消防控制器對信息進行分析和做出相應(yīng)的處理，包括當無火情時a、分析當前時間、探測器地址、環(huán)境溫度，探測器電量，煙霧濃度值；b、將上述數(shù)據(jù)各存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫供查詢；c、LCD顯示屏同步顯示狀態(tài)信息；當出現(xiàn)火情時a、分析當前時間、探測器地址、環(huán)境溫度，探測器電量，煙霧濃度；b、啟動警笛，提示火情出現(xiàn)；c、啟動聯(lián)動裝置，自動滅火及指引人群疏散；d、將上述數(shù)據(jù)存入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫并打??；e、LCD顯示屏同步顯示狀態(tài)信息。
4、消防控制器可以控制路由，自動識別無線消防通信網(wǎng)絡(luò)模塊，任意增刪網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。
圖3示出了本實用新型采用的Zigbee協(xié)議的分層模型以及其與OSI網(wǎng)絡(luò)模型的對應(yīng)關(guān)系。從結(jié)構(gòu)上來說，如圖所示主機應(yīng)用層和Ember協(xié)議棧屬于用戶自定義范圍，對應(yīng)著OSI網(wǎng)絡(luò)模型的應(yīng)用層到網(wǎng)絡(luò)層的五層協(xié)議，本實用新型則通過Atmega128L單片機編程實現(xiàn)；然后通過SPI同步串行接口與EM2420芯片相連接，由EM2420完成傳輸中的差錯控制和流量控制，調(diào)制后通過天線發(fā)射。本部分對應(yīng)著OSI網(wǎng)絡(luò)模型中數(shù)據(jù)鏈路層Data linklayer和物理層Physical layer兩層協(xié)議。
以一條總線回路為例，當系統(tǒng)工作時，傳感器電路負責將煙霧濃度，外部區(qū)域溫度等物理量轉(zhuǎn)化為0到2.5V的電平信號，提供給主控電路，主控電路將這個電平信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換(AD)，轉(zhuǎn)化成一個字節(jié)的數(shù)據(jù)信號，再根據(jù)一定的數(shù)據(jù)格式將其打包，再利用SPI同步串行接口將數(shù)據(jù)傳送給無線收發(fā)電路。最后由無線收發(fā)電路通過直接序列擴頻調(diào)制，依照ZigBee協(xié)議，將其發(fā)射出去。
其報文格式為(1)報文結(jié)構(gòu)報文頭+報文類型+(地址)+(類型)+(數(shù)據(jù))+報尾(2)具體報文類型及格式Information報文，指節(jié)點發(fā)送常規(guī)數(shù)據(jù)信息，報文長度12B。
4B數(shù)據(jù)指 電量、溫度、濃度、開關(guān)量，下同。
New報文，指匯報新加入節(jié)點及數(shù)據(jù)，報文長度12B。
Lost報文，指匯報新加入節(jié)點及數(shù)據(jù)，報文長度12B。
Ack報文，應(yīng)答信號，報文長度4B。
應(yīng)答數(shù)據(jù)為0——非正常應(yīng)答，1——正常應(yīng)答，2——應(yīng)答同時請求應(yīng)答。
接收到對方發(fā)來的報文以后，一般都需做出應(yīng)答以表示數(shù)據(jù)成功接受。正常應(yīng)答也表示節(jié)點的生存，如中心節(jié)點與網(wǎng)關(guān)之間的通信保持握手。
Set報文，設(shè)置開關(guān)量模塊，報文長度9B。
在收到Set報文后，除了正常應(yīng)答之外，還必須在開關(guān)量變化后傳回實施節(jié)點操作后的開關(guān)量值。
Update報文，網(wǎng)關(guān)節(jié)點要求中心節(jié)點重新傳輸所有節(jié)點地址信息，報文長度3B Query報文，報文長度12B。
當網(wǎng)關(guān)接收到不存在于路由表內(nèi)節(jié)點的信息時，向中心節(jié)點查實該節(jié)點，同時該信息作廢。如中心節(jié)點查實存在，則在適宜的時候發(fā)送New指令。
同時，傳感器結(jié)點也可以充當路由節(jié)點，具有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。在主控電路的控制下，無線收發(fā)電路將接收到數(shù)據(jù)通過SPI同步串行接口傳至主控單片機，單片機再將數(shù)據(jù)從新處理，加上一些必要的路由信息，再通過SPI同步串行接口傳回無線收發(fā)電路。
無線消防網(wǎng)關(guān)主要起到數(shù)據(jù)聚集和轉(zhuǎn)發(fā)的作用收集無線消防網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)信息，通過串口將信息按照消防控制器兼容報文格式發(fā)送給消防控制器。
消防控制器接收到報文，進行分析，獲取溫度，煙霧濃度等信息，并根據(jù)信息做出處理。
權(quán)利要求1.基于ZigBee的無線消防探測器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征是系統(tǒng)組成包括無線消防通信網(wǎng)絡(luò)模塊、無線消防網(wǎng)關(guān)和消防控制器所述無線消防通信網(wǎng)絡(luò)模塊包括消防探測器、相應(yīng)聯(lián)動裝置、無線通信模塊及無線消防中繼器，完成火災(zāi)信息數(shù)據(jù)的采集與網(wǎng)絡(luò)化傳輸，其中a、所述消防探測器包括煙霧探測器、可燃氣體探測器、溫度探測器，用于對火災(zāi)和當前區(qū)域狀態(tài)進行捕捉；b、所述相應(yīng)聯(lián)動裝置包括消防水閥、噴灑裝置、聲光報警器，用于接受實現(xiàn)自動滅火、指示火警、指引人群疏散的消防控制器的指令；c、所述無線通信模塊采用ZigBee通信模塊，與消防探測器及聯(lián)動裝置相連，以ZigBee協(xié)議構(gòu)建無線通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)化無線傳輸；d、所述無線消防中繼器通過無線通信模塊接入無線通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)無線信號的放大轉(zhuǎn)發(fā)功能；所述無線消防網(wǎng)關(guān)與所述消防控制器有線連接，并通過一個無線通信模塊接入無線通信網(wǎng)絡(luò)；由無線消防網(wǎng)關(guān)對網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)進行收集，同時接受來自控制器的巡檢和查詢；由所述消防控制器接收無線消防網(wǎng)關(guān)收集的無線消防信號，根據(jù)不同的信號類型，輸出相應(yīng)的處理信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征是所述消防控制器支持多個總線回路，每條回路均為由該回路中的無線消防網(wǎng)關(guān)與無線消防通信網(wǎng)絡(luò)模塊以及所述消防控制器共同構(gòu)成的一個子網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。
專利摘要基于ZigBee的無線消防探測器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其特征是包括無線消防通信網(wǎng)絡(luò)模塊、無線消防網(wǎng)關(guān)和消防控制器；無線消防通信網(wǎng)絡(luò)模塊包括消防探測器、相應(yīng)聯(lián)動裝置、無線通信模塊及無線消防中繼器，完成火災(zāi)信息數(shù)據(jù)的采集與網(wǎng)絡(luò)化傳輸；無線消防網(wǎng)關(guān)與消防控制器有線連接，并通過一個無線通信模塊接入無線消防通信網(wǎng)絡(luò)；由無線消防網(wǎng)關(guān)對無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)進行收集，同時接受來自控制器的巡檢和查詢；由消防控制器接收無線消防網(wǎng)關(guān)收集的無線消防信號，根據(jù)不同的信號類型，輸出相應(yīng)的處理信息。系統(tǒng)具有自適應(yīng)特性、安裝維護方便、成本低。
文檔編號G08B25/10GK2831281SQ20052007290
公開日2006年10月25日 申請日期2005年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月16日
發(fā)明者趙平 申請人:安徽雷森電子有限公司