物聯(lián)網架構下的智能火災預警系統(tǒng)

摘要：設計了一種基于物聯(lián)網架構的智能火災預警系統(tǒng)，以ZigBee無線傳感器網絡為底層的數(shù)據(jù)采集和傳輸網絡，完成對火災信息的準確感知。WSN節(jié)點以CC2530和CC2591為處理和無線收發(fā)單元，以DHT21和MQ傳感器為數(shù)據(jù)采集單元，實現(xiàn)了多傳感器數(shù)據(jù)采集。采用Qt技術設計了系統(tǒng)GUI，基于qextserialport類和SQLite數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)了系統(tǒng)的串口通信和數(shù)據(jù)庫操作。測試表明，系統(tǒng)準確可靠，GUI界面友好，易于操作。
關鍵詞：物聯(lián)網；火災預警；ZigBee；Qt

引言
物聯(lián)網(Internet Of Things，IOT)技術的提出和快速發(fā)展為火災預警技術的發(fā)展提供了新的思路和解決方案。當前，火災預警系統(tǒng)作為智能家居、樓宇自動化的重要組成部分，已經得到廣泛應用和普及。但是，系統(tǒng)的實時性和準確性一直有待提高，傳統(tǒng)的總線制火災系統(tǒng)在使用中已經暴露出了很多問題，包括布線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)網架構的智能火災預警系統(tǒng)。

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

底層數(shù)據(jù)采集網絡采用ZigBee樹簇狀網絡，由傳感節(jié)點、匯聚節(jié)點和管理節(jié)點組成。部署系統(tǒng)時，首先在待監(jiān)測區(qū)域固定若干匯聚節(jié)點，作為單位區(qū)域內的路由器，匯聚網絡信息。匯聚節(jié)點采用消防電源長期供電，確保網絡的穩(wěn)定。傳感節(jié)點則可以根據(jù)實際需要隨機布置，具有可任意“播撒”的特點。這樣，若干傳感節(jié)點通過2．4 GHzISM信道不斷地將環(huán)境感知數(shù)據(jù)發(fā)送給匯聚節(jié)點，再由其匯聚給管理節(jié)點。管理節(jié)點作為ZigBee網絡的協(xié)調器，負責整個網絡的建立、信道選擇、地址分配以及節(jié)點的加入和退出等，并通過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，實時顯示網絡的狀態(tài)，存儲網絡上傳的數(shù)據(jù)。同時，還可以對多傳感器采集數(shù)據(jù)進行信息融合，達到對火災的智能判別。在確定存在火情的情況下，能夠進行聲光、短信報警，并啟動自動消防設備。

2 系統(tǒng)硬件設計
2．1 處理器單元設計
感知識別層采用ZigBee—WSN技術，負責完成復雜環(huán)境下的火災信息感知。系統(tǒng)中，各傳感節(jié)點的處理器單元和無線收發(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、看門狗定時器以及AES安全協(xié)處理器等。因此，CC2530以其較高的性價比成為高校開展科研、企業(yè)進行產品研發(fā)的重要選項，已經具有了較高的市場占有率。同時，系統(tǒng)還增加了射頻放大芯片CC2591，其目的就是保證網絡的傳輸距離和復雜室內環(huán)境中的穿透能力，確保網絡數(shù)據(jù)的可靠傳輸。經測試，采用了CC2591的WSN節(jié)點的傳輸能力可達500～1000 m，且穿透能力得到了較大的提升。
系統(tǒng)WSN節(jié)點的硬件電路如圖2所示。