基于ZigBee和ARM技術(shù)的火災信息數(shù)據(jù)無線采集系統(tǒng)

摘要：為解決目前火災自動報警及其聯(lián)動系統(tǒng)信號采集時布線困難，尤其是聯(lián)動系統(tǒng)信號采集點分散的問題，設(shè)計了一套采用ARM處理器、傳感器、ZigBee網(wǎng)絡(luò)、無線通信等技術(shù)組成的火災信息數(shù)據(jù)無線采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集與控制模塊、ZigBee數(shù)傳模塊及傳輸設(shè)備組成。其中數(shù)據(jù)采集與控制模塊負責采集火災自動報警系統(tǒng)的信息，ZigBee數(shù)傳模塊負責將采集到的數(shù)據(jù)傳送給傳輸設(shè)備，傳輸設(shè)備將接收到的數(shù)據(jù)通過電話、Internet網(wǎng)或無線網(wǎng)絡(luò)遠傳到集中監(jiān)控中心。經(jīng)過連接火災報警聯(lián)動系統(tǒng)實驗，此套系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集準確及時，工作可靠穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞：ZigBee；ARM；數(shù)據(jù)采集；火災報警

消防聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在我國已經(jīng)日益發(fā)展起來，現(xiàn)在許多城市已經(jīng)建立起了城市消防聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，一些企業(yè)也將自己的火災報警設(shè)備通過傳輸設(shè)備實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)，建立一個監(jiān)控中心進行集中監(jiān)控管理。而在實際的聯(lián)網(wǎng)中，尤其是企業(yè)網(wǎng)，因為客戶需要監(jiān)控的信息較多，被監(jiān)控的消防設(shè)備安裝分散，從而產(chǎn)生了數(shù)據(jù)采集困難的問題。本文介紹的系統(tǒng)是在消防聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上延伸的一套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將以前無法進行數(shù)據(jù)采集或很難進行數(shù)據(jù)采集的聯(lián)動控制系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)信息通過安裝一個數(shù)據(jù)采集模塊，通過短距離無線通信集中傳送到傳輸設(shè)備上，再由傳輸設(shè)備將數(shù)據(jù)遠傳給消防監(jiān)控中心。

1 系統(tǒng)組成
1．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。消防監(jiān)控中心是由PC機、數(shù)據(jù)接收及處理軟件、數(shù)據(jù)庫等組成的一套監(jiān)控系統(tǒng)，可以通過互聯(lián)網(wǎng)、公用電話網(wǎng)或無線網(wǎng)絡(luò)接收由傳輸設(shè)備上傳的信息，這些信息包括火災自動報警控制系統(tǒng)的火警、故障、消音、復位及其他聯(lián)動信息。傳輸設(shè)備將火災自動報警系統(tǒng)的信息進行采集整理，通過電話網(wǎng)絡(luò)或者Internet網(wǎng)絡(luò)或者GPRS網(wǎng)上傳給消防監(jiān)控中心。現(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集模塊通過串口或開關(guān)量采集聯(lián)動設(shè)備和火災自動報警系統(tǒng)的信息。

1．2 消防監(jiān)控中心及傳輸設(shè)備
目前，在國內(nèi)已經(jīng)有很多城市建立起了城市遠程消防聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，此系統(tǒng)常年實時監(jiān)控城市中聯(lián)網(wǎng)用戶火災自動報警設(shè)備的運行狀況及人員值班情況。系統(tǒng)中的聯(lián)網(wǎng)用戶通過傳輸設(shè)備可以快速、準確地將火災自動報警設(shè)備的火警、運行狀態(tài)、人員值班情況等信息通過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送至消防監(jiān)控中心，中心根據(jù)掌握的詳細的火警信息、GIS地理信息、現(xiàn)場視頻圖像信息及滅火預案為消防部門快速反應提供輔助決策，達到早期發(fā)現(xiàn)火警，及時報警，快速滅火的目的，并根據(jù)上傳的消防設(shè)施運行信息為公安消防部門提供聯(lián)網(wǎng)用戶消防設(shè)施運行狀態(tài)信息，從而實現(xiàn)對聯(lián)網(wǎng)用戶消防設(shè)施及值班人員的雙重管理，保障消防設(shè)施的正常運行。
1．3 ZigBee無線網(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。ZigBee作為一種無線連接，可工作在2．4 GHz，868 MHz和915 MHz三個頻段上。通過近幾年來的發(fā)展，通信距離由當初的幾十米到現(xiàn)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設(shè)備來模仿另外一個設(shè)備對系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的攻擊；同時，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(shè)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(zhí)照頻段使用等特點，使其在PC外設(shè)(鼠標、鍵盤、游戲操控桿)、消費類電子設(shè)備(TV，VCR，CD，VCD，DVD等設(shè)備上的遙控裝置)、家庭內(nèi)智能控制(照明、煤氣計量控制及報警等)、玩具(電子寵物)、醫(yī)護(監(jiān)視器和傳感器)、工控(監(jiān)視器、傳感器和自動控制設(shè)備)等領(lǐng)域的使用具有相當大的優(yōu)勢。
1．4 數(shù)據(jù)采集模塊
數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計有1路串口(RS 232，RS 485可選)、8路模擬量、4路開關(guān)量(2路有源和2路無源)及4路開關(guān)量輸出，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。豐富的數(shù)據(jù)采集端口基本包括了火災自動報警控制系統(tǒng)及其聯(lián)動系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出端口，保證了模塊的適用性，同時，4路繼電器輸出型開關(guān)量能通過監(jiān)控中心進行開關(guān)與閉合的控制，能給一些需要遠程控制的設(shè)備提供開關(guān)與閉合的控制信號。

數(shù)據(jù)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32位定時器、1個10位8路的ADC、10位DAC、PWM通道、47個GPIO以及多達9個邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷，特別適用于工控系統(tǒng)。ZigBee無線通信芯片采用美國CEL公司的MeshConnect模塊集成CPU的單片ZigBee芯片，它遵從ZigBee規(guī)范和IEEE 802．15．4標準，由一個含有基帶modem的射頻收發(fā)器、硬連線的MAC和內(nèi)嵌8051內(nèi)核的微控制器(帶有內(nèi)部FLASH存儲器)組成，它內(nèi)建ZigBee協(xié)議棧，通過串口與LPC2132進行數(shù)據(jù)通信。模塊的高度集成極大地簡化了設(shè)計、降低了功耗，節(jié)約了整個系統(tǒng)的成本。