基于ZigBee的船艇消防安全監測系統研究
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我國是一個(gè)海洋大國，海洋面積為陸地面積的三分之一，各類(lèi)船艇在國防、國民經(jīng)濟和海洋開(kāi)發(fā)等方面都占有十分重要的地位。船艇的基本部分為船體，其內部有工作艙、生活艙、貯藏艙、儀器設備艙等各種用途的艙室。由于船艇艙室多為狹小的半封閉式空間，艙內消防安全監測尤為重要。
傳統的船艇艙室消防安全監測系統一般采用有線(xiàn)監控的方式，火災探測器直接通過(guò)硬線(xiàn)與控制器連接。有線(xiàn)監測系統造價(jià)高、布線(xiàn)復雜、擴展性差、設備后期維修困難。目前，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)在各種環(huán)境條件的監控系統中得到了廣泛的應用，船艇艙室的監測系統使用無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )，不會(huì )出現傳統布線(xiàn)方法帶來(lái)的種種不便。由于消防安全為長(cháng)期的連續監測，使用ZigBee這種安裝簡(jiǎn)單、能量消耗小的短距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)十分適合。本文提出了一種基于ZigBee技術(shù)的船艇消防安全監測系統的設計方案，在成本低、易于實(shí)現的前提下實(shí)現對船艇各個(gè)艙室內部的消防安全監測。
1．ZigBee無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )
1．1 ZigBee技術(shù)簡(jiǎn)介
ZigBee是一種低復雜度、低成本、低功耗、低速率的短距離雙向無(wú)線(xiàn)通信新技術(shù)，是建立在IEEE 802．15．4定義的可靠的物理層(PHY)和媒體訪(fǎng)問(wèn)層(MAC)之上的標準。IEEE 802．15．4定義了兩類(lèi)設備類(lèi)型：精簡(jiǎn)功能設備(RFI))和全功能設備(FFD)。在ZigBee系統中，這兩類(lèi)設備指的是物理設備類(lèi)型。在ZigBee網(wǎng)絡(luò )中，一個(gè)節點(diǎn)可以有三種角色：ZigBee協(xié)調器、ZigBee路由器和ZigBee終端設備。ZigBee技術(shù)可實(shí)現的網(wǎng)絡(luò )拓撲結構有三種：星形、樹(shù)形、網(wǎng)狀，如圖1所示。
1．2 ZigBee技術(shù)特點(diǎn)
相對于傳統的無(wú)線(xiàn)電、微波、藍牙、射頻等各種無(wú)線(xiàn)通信方式，ZigBee技術(shù)是最低功耗和最低成本的技術(shù)。ZigBee技術(shù)主要有以下特點(diǎn)：
(1)功耗低，在低功耗模式下，2節普通5號電池使用時(shí)間為6～24個(gè)月。
(2)設備成本低，協(xié)議簡(jiǎn)單，協(xié)議免專(zhuān)利費，搭建平臺的成本較低，適合廣泛使用。
(3)網(wǎng)絡(luò )容量大，可容納最多65 000個(gè)設備。
(4)網(wǎng)絡(luò )的自組織、自愈能力強，通信可靠。
2 船艇艙室消防安全監測系統
2．1 系統設計方案
船艇消防安全監測系統探測火災發(fā)生的原理是檢測火災發(fā)生前后的煙濃度、溫度和光這三個(gè)物理參數的變化，利用分布在艙室待測區域內的傳感器節點(diǎn)采集這些環(huán)境參數。
船艇消防安全監測系統設計由硬件電路設計和系統軟件設計兩部分組成。使用ZigBee技術(shù)通過(guò)控制器和若干個(gè)傳感器節點(diǎn)，搭建一個(gè)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò )。多個(gè)傳感器節點(diǎn)置于船艇各艙室內，通過(guò)傳感器采集煙濃度、濕度、光強數據，將采集結果通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信的方式發(fā)送到路由器節點(diǎn)，然后路由器節點(diǎn)再將數據以無(wú)線(xiàn)通信的方式發(fā)送到協(xié)調器節點(diǎn)。協(xié)調器節點(diǎn)將收集的多個(gè)數據進(jìn)行分析處理后，顯示在LCD顯示屏上，同時(shí)也可通過(guò)串口將采集信息傳輸至PC機。系統設計主要結構如圖2所示。
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