物聯(lián)網(wǎng)架構下的智能火災預警系統

摘要：設計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)架構的智能火災預警系統，以ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )為底層的數據采集和傳輸網(wǎng)絡(luò )，完成對火災信息的準確感知。WSN節點(diǎn)以CC2530和CC2591為處理和無(wú)線(xiàn)收發(fā)單元，以DHT21和MQ傳感器為數據采集單元，實(shí)現了多傳感器數據采集。采用Qt技術(shù)設計了系統GUI，基于qextserialport類(lèi)和SQLite數據庫實(shí)現了系統的串口通信和數據庫操作。測試表明，系統準確可靠，GUI界面友好，易于操作。
關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；火災預警；ZigBee；Qt

引言
物聯(lián)網(wǎng)(Internet Of Things，IOT)技術(shù)的提出和快速發(fā)展為火災預警技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路和解決方案。當前，火災預警系統作為智能家居、樓宇自動(dòng)化的重要組成部分，已經(jīng)得到廣泛應用和普及。但是，系統的實(shí)時(shí)性和準確性一直有待提高，傳統的總線(xiàn)制火災系統在使用中已經(jīng)暴露出了很多問(wèn)題，包括布線(xiàn)的種種弊端以及高虛警率和漏警率等。鑒于此，本文設計了一種基于物聯(lián)網(wǎng)架構的智能火災預警系統。

1 系統概述
系統采用物聯(lián)網(wǎng)架構設計，按照其四層結構模型，以ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )(ZigBee—WSN)為底層的感知識別層，以GSM／GPRS或Inter net為網(wǎng)絡(luò )構建層，管理層和應用層則采用PC和智能手機相結合的方式。系統的整體結構如圖1所示。

底層數據采集網(wǎng)絡(luò )采用ZigBee樹(shù)簇狀網(wǎng)絡(luò )，由傳感節點(diǎn)、匯聚節點(diǎn)和管理節點(diǎn)組成。部署系統時(shí)，首先在待監測區域固定若干匯聚節點(diǎn)，作為單位區域內的路由器，匯聚網(wǎng)絡(luò )信息。匯聚節點(diǎn)采用消防電源長(cháng)期供電，確保網(wǎng)絡(luò )的穩定。傳感節點(diǎn)則可以根據實(shí)際需要隨機布置，具有可任意“播撒”的特點(diǎn)。這樣，若干傳感節點(diǎn)通過(guò)2．4 GHzISM信道不斷地將環(huán)境感知數據發(fā)送給匯聚節點(diǎn)，再由其匯聚給管理節點(diǎn)。管理節點(diǎn)作為ZigBee網(wǎng)絡(luò )的協(xié)調器，負責整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的建立、信道選擇、地址分配以及節點(diǎn)的加入和退出等，并通過(guò)RS232與控制管理中心PC通信?？刂乒芾碇行膽峁┝己玫娜藱C交互環(huán)境，實(shí)時(shí)顯示網(wǎng)絡(luò )的狀態(tài)，存儲網(wǎng)絡(luò )上傳的數據。同時(shí)，還可以對多傳感器采集數據進(jìn)行信息融合，達到對火災的智能判別。在確定存在火情的情況下，能夠進(jìn)行聲光、短信報警，并啟動(dòng)自動(dòng)消防設備。

2 系統硬件設計
2．1 處理器單元設計
感知識別層采用ZigBee—WSN技術(shù)，負責完成復雜環(huán)境下的火災信息感知。系統中，各傳感節點(diǎn)的處理器單元和無(wú)線(xiàn)收發(fā)單元分別選擇TI公司的CC2530芯片和CC2591芯片。CC2530內部集成了工業(yè)標準的增強型8051內核、符合2．4 GHz IEEE 802．15．4的RF收發(fā)器、21個(gè)可編程邏輯的GPIO、5通道的DMA、8通道可配置分辨率的ADC、看門(mén)狗定時(shí)器以及AES安全協(xié)處理器等。因此，CC2530以其較高的性?xún)r(jià)比成為高校開(kāi)展科研、企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)的重要選項，已經(jīng)具有了較高的市場(chǎng)占有率。同時(shí)，系統還增加了射頻放大芯片CC2591，其目的就是保證網(wǎng)絡(luò )的傳輸距離和復雜室內環(huán)境中的穿透能力，確保網(wǎng)絡(luò )數據的可靠傳輸。經(jīng)測試，采用了CC2591的WSN節點(diǎn)的傳輸能力可達500～1000 m，且穿透能力得到了較大的提升。
系統WSN節點(diǎn)的硬件電路如圖2所示。