基于ZigBee和ARM技術(shù)的火災信息數據無(wú)線(xiàn)采集系統

摘要：為解決目前火災自動(dòng)報警及其聯(lián)動(dòng)系統信號采集時(shí)布線(xiàn)困難，尤其是聯(lián)動(dòng)系統信號采集點(diǎn)分散的問(wèn)題，設計了一套采用ARM處理器、傳感器、ZigBee網(wǎng)絡(luò )、無(wú)線(xiàn)通信等技術(shù)組成的火災信息數據無(wú)線(xiàn)采集系統。該系統主要由數據采集與控制模塊、ZigBee數傳模塊及傳輸設備組成。其中數據采集與控制模塊負責采集火災自動(dòng)報警系統的信息，ZigBee數傳模塊負責將采集到的數據傳送給傳輸設備，傳輸設備將接收到的數據通過(guò)電話(huà)、Internet網(wǎng)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )遠傳到集中監控中心。經(jīng)過(guò)連接火災報警聯(lián)動(dòng)系統實(shí)驗，此套系統數據采集準確及時(shí)，工作可靠穩定。
關(guān)鍵詞：ZigBee；ARM；數據采集；火災報警

消防聯(lián)網(wǎng)監控系統在我國已經(jīng)日益發(fā)展起來(lái)，現在許多城市已經(jīng)建立起了城市消防聯(lián)網(wǎng)監控系統，一些企業(yè)也將自己的火災報警設備通過(guò)傳輸設備實(shí)現了聯(lián)網(wǎng)，建立一個(gè)監控中心進(jìn)行集中監控管理。而在實(shí)際的聯(lián)網(wǎng)中，尤其是企業(yè)網(wǎng)，因為客戶(hù)需要監控的信息較多，被監控的消防設備安裝分散，從而產(chǎn)生了數據采集困難的問(wèn)題。本文介紹的系統是在消防聯(lián)網(wǎng)監控系統的基礎上延伸的一套數據采集系統，將以前無(wú)法進(jìn)行數據采集或很難進(jìn)行數據采集的聯(lián)動(dòng)控制系統上的數據信息通過(guò)安裝一個(gè)數據采集模塊，通過(guò)短距離無(wú)線(xiàn)通信集中傳送到傳輸設備上，再由傳輸設備將數據遠傳給消防監控中心。

1 系統組成
1．1 系統結構及工作原理
系統結構如圖1所示。消防監控中心是由PC機、數據接收及處理軟件、數據庫等組成的一套監控系統，可以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)、公用電話(huà)網(wǎng)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接收由傳輸設備上傳的信息，這些信息包括火災自動(dòng)報警控制系統的火警、故障、消音、復位及其他聯(lián)動(dòng)信息。傳輸設備將火災自動(dòng)報警系統的信息進(jìn)行采集整理，通過(guò)電話(huà)網(wǎng)絡(luò )或者Internet網(wǎng)絡(luò )或者GPRS網(wǎng)上傳給消防監控中心?，F場(chǎng)的數據采集模塊通過(guò)串口或開(kāi)關(guān)量采集聯(lián)動(dòng)設備和火災自動(dòng)報警系統的信息。

1．2 消防監控中心及傳輸設備
目前，在國內已經(jīng)有很多城市建立起了城市遠程消防聯(lián)網(wǎng)監控系統，此系統常年實(shí)時(shí)監控城市中聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)火災自動(dòng)報警設備的運行狀況及人員值班情況。系統中的聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)通過(guò)傳輸設備可以快速、準確地將火災自動(dòng)報警設備的火警、運行狀態(tài)、人員值班情況等信息通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò )傳送至消防監控中心，中心根據掌握的詳細的火警信息、GIS地理信息、現場(chǎng)視頻圖像信息及滅火預案為消防部門(mén)快速反應提供輔助決策，達到早期發(fā)現火警，及時(shí)報警，快速滅火的目的，并根據上傳的消防設施運行信息為公安消防部門(mén)提供聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)消防設施運行狀態(tài)信息，從而實(shí)現對聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)消防設施及值班人員的雙重管理，保障消防設施的正常運行。
1．3 ZigBee無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )
ZigBee通信技術(shù)的前身是“HomeRFlite”技術(shù)，其核心協(xié)議由IEEE 802．15．4工作組制定，高層應用、互聯(lián)互通測試及市場(chǎng)推廣由Zig Bee聯(lián)盟負責。ZigBee具有低成本、低功耗、雙向傳輸、感應網(wǎng)絡(luò )功能等特點(diǎn)。ZigBee作為一種無(wú)線(xiàn)連接，可工作在2．4 GHz，868 MHz和915 MHz三個(gè)頻段上。通過(guò)近幾年來(lái)的發(fā)展，通信距離由當初的幾十米到現在的幾百米乃至上千米。而在安全方面，ZigBee提供了完善的認證及加密技術(shù)，認證技術(shù)能有效阻止攻擊者修改一個(gè)設備來(lái)模仿另外一個(gè)設備對系統網(wǎng)絡(luò )的攻擊；同時(shí)，ZigBee使用128位AES加密算法，這種加密保護可應用在網(wǎng)絡(luò )層和設備層上。正是由于ZigBee技術(shù)所具有的低功耗、低成本、高容量、高安全及免執照頻段使用等特點(diǎn)，使其在PC外設(鼠標、鍵盤(pán)、游戲操控桿)、消費類(lèi)電子設備(TV，VCR，CD，VCD，DVD等設備上的遙控裝置)、家庭內智能控制(照明、煤氣計量控制及報警等)、玩具(電子寵物)、醫護(監視器和傳感器)、工控(監視器、傳感器和自動(dòng)控制設備)等領(lǐng)域的使用具有相當大的優(yōu)勢。
1．4 數據采集模塊
數據采集模塊設計有1路串口(RS 232，RS 485可選)、8路模擬量、4路開(kāi)關(guān)量(2路有源和2路無(wú)源)及4路開(kāi)關(guān)量輸出，其結構如圖2所示。豐富的數據采集端口基本包括了火災自動(dòng)報警控制系統及其聯(lián)動(dòng)系統的數據輸出端口，保證了模塊的適用性，同時(shí)，4路繼電器輸出型開(kāi)關(guān)量能通過(guò)監控中心進(jìn)行開(kāi)關(guān)與閉合的控制，能給一些需要遠程控制的設備提供開(kāi)關(guān)與閉合的控制信號。

數據采集模塊的主控芯片采用NXP的LPC2132，LPC2132是一款ARM7系列的CPU，具有多個(gè)32位定時(shí)器、1個(gè)10位8路的ADC、10位DAC、PWM通道、47個(gè)GPIO以及多達9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷，特別適用于工控系統。ZigBee無(wú)線(xiàn)通信芯片采用美國CEL公司的MeshConnect模塊集成CPU的單片ZigBee芯片，它遵從ZigBee規范和IEEE 802．15．4標準，由一個(gè)含有基帶modem的射頻收發(fā)器、硬連線(xiàn)的MAC和內嵌8051內核的微控制器(帶有內部FLASH存儲器)組成，它內建ZigBee協(xié)議棧，通過(guò)串口與LPC2132進(jìn)行數據通信。模塊的高度集成極大地簡(jiǎn)化了設計、降低了功耗，節約了整個(gè)系統的成本。