基于ZigBee和ARM技術(shù)的火災(zāi)信息數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)采集系統(tǒng)

摘要：為解決目前火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及其聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)信號(hào)采集時(shí)布線(xiàn)困難，尤其是聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)信號(hào)采集點(diǎn)分散的問(wèn)題，設(shè)計(jì)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(zāi)信息數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)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(fù)責(zé)采集火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的信息，ZigBee數(shù)傳模塊負(fù)責(zé)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(guò)電話(huà)、Internet網(wǎng)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳到集中監(jiān)控中心。經(jīng)過(guò)連接火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，此套系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確及時(shí)，工作可靠穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞：ZigBee；ARM；數(shù)據(jù)采集；火災(zāi)報(bào)警

消防聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在我國(guó)已經(jīng)日益發(fā)展起來(lái)，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(zāi)報(bào)警設(shè)備通過(guò)傳輸設(shè)備實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)，建立一個(gè)監(jiān)控中心進(jìn)行集中監(jiān)控管理。而在實(shí)際的聯(lián)網(wǎng)中，尤其是企業(yè)網(wǎng)，因?yàn)榭蛻?hù)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(wèn)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(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或很難進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)信息通過(guò)安裝一個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊，通過(guò)短距離無(wú)線(xiàn)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(yuǎn)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(jī)、數(shù)據(jù)接收及處理軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)等組成的一套監(jiān)控系統(tǒng)，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(shè)備上傳的信息，這些信息包括火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng)的火警、故障、消音、復(fù)位及其他聯(lián)動(dòng)信息。傳輸設(shè)備將火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)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(jiān)控中心。現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)串口或開(kāi)關(guān)量采集聯(lián)動(dòng)設(shè)備和火災(zāi)自動(dòng)報(bào)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(guó)內(nèi)已經(jīng)有很多城市建立起了城市遠(yuǎn)程消防聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，此系統(tǒng)常年實(shí)時(shí)監(jiān)控城市中聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備的運(yùn)行狀況及人員值班情況。系統(tǒng)中的聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)通過(guò)傳輸設(shè)備可以快速、準(zhǔn)確地將火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備的火警、運(yùn)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(jiān)控中心，中心根據(jù)掌握的詳細(xì)的火警信息、GIS地理信息、現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像信息及滅火預(yù)案為消防部門(mén)快速反應(yīng)提供輔助決策，達(dá)到早期發(fā)現(xiàn)火警，及時(shí)報(bào)警，快速滅火的目的，并根據(jù)上傳的消防設(shè)施運(yùn)行信息為公安消防部門(mén)提供聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)消防設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)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(yùn)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(yīng)用、互聯(lián)互通測(cè)試及市場(chǎng)推廣由Zig Bee聯(lián)盟負(fù)責(zé)。ZigBee具有低成本、低功耗、雙向傳輸、感應(yīng)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(dāng)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(rèn)證及加密技術(shù)，認(rèn)證技術(shù)能有效阻止攻擊者修改一個(gè)設(shè)備來(lái)模仿另外一個(gè)設(shè)備對(duì)系統(tǒng)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(hù)可應(yīng)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(diǎn)，使其在PC外設(shè)(鼠標(biāo)、鍵盤(pán)、游戲操控桿)、消費(fèi)類(lèi)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(jì)量控制及報(bào)警等)、玩具(電子寵物)、醫(yī)護(hù)(監(jiān)視器和傳感器)、工控(監(jiān)視器、傳感器和自動(dòng)控制設(shè)備)等領(lǐng)域的使用具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。
1．4 數(shù)據(jù)采集模塊
數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)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(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(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng)及其聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(jiān)控中心進(jìn)行開(kāi)關(guān)與閉合的控制，能給一些需要遠(yuǎn)程控制的設(shè)備提供開(kāi)關(guān)與閉合的控制信號(hào)。

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(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(dá)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(tǒng)。ZigBee無(wú)線(xiàn)通信芯片采用美國(guó)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(biāo)準(zhǔn)，由一個(gè)含有基帶modem的射頻收發(fā)器、硬連線(xiàn)的MAC和內(nèi)嵌8051內(nèi)核的微控制器(帶有內(nèi)部FLASH存儲(chǔ)器)組成，它內(nèi)建ZigBee協(xié)議棧，通過(guò)串口與LPC2132進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。模塊的高度集成極大地簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)、降低了功耗，節(jié)約了整個(gè)系統(tǒng)的成本。