一种无线火灾自动报警系统的研究

一种无线火灾自动报警系统的研究

摘要：本系统提出了一种基于无线传感器网络的火灾自动报警系统的解决方案；系统方案中以ARM为控制器，以无线通信为信号传输载体，克服了传统火灾报警系统由于信号传输采用有线方式造成故障率高、施工困难，成本高等缺点。

本文研究的系统具有智能化、无线数据传输、结构简单、施工方便、可变动性强的特点。不但符合设计要求的各项指标，也能满足现场火灾监控的实际需要，具有广阔的市场前景。

关键词：ARM；火灾报警；无线数据传输；传感器

Abstract:The system put forward solutions which based on an automaticalarmsystem for wireless sensor networkfire; the system schemebased on ARM controller,wireless communication as thesignal carrier,to overcome the traditionalfire alarm systemforsignal transmissionby wiremade ofhigh failure rate,difficult construction,high cost.

The systemhas the features of intelligence,wireless data transmission,simple structure,convenient construction,flexibleand strong.Not onlymeet therequirement,also can satisfy theactual needsof fire control,and has broad market prospects.

Key words:ARM;fire alarm;wireless data transmission;sensor

1.前言

无线火灾报警系统是近几年来国外发展起来的新型火灾报警系统，它是利用无线火灾探测装置发出的火警信号和故障信号，并记录发出这些信号的地点和时间的火灾自动报警专用设备。由于无线火灾自报警系统不采用导线，因此可以方便地将火灾报警探测器从室内移到室外进行工艺处理，完成后再将探测器放回原位。这些都为无线火灾报警系统的发展提供了技术保障。

1983年美国推出第一代可靠性的无线报警系统，第三代技术是世界上最先进的无线报警技术，第四代产品也将推出。我国无线火灾报警系统技术基本空白，虽然有人进行了这方面的研究，但并没有成型产品推向市场。因此，无线火灾自动报警系统的研究势在必行。

2.无线火灾探测WSN网络介绍

无线火灾自动报警系统是典型的多传感器的事件驱动型无线传感器网络

WSN，但又具有其特殊要求：①系统的可靠性必须考虑室内易发生的散射、回波、干扰、中断、碰撞探测等情况；②总机和探测器间必须双向通信；③报警信号的传输时间必须在10秒内；④系统干扰、故障探测反映时间宜在100秒内。

无线传感器网络（WSN）综合了微电子技术、嵌入式计算技术、现代网络及无线通信技术、分布式信息处理技术等先进技术，能够协同地实时监测、感知和采集网络覆盖区域中各种环境或监测对象的信息，并对其进行处理，处理后的信息通过无线方式发送，并以自组多跳（SelfOrganizingHop）的网络方式传送给数据处理中心。

针对火灾探测应用的实际情况，采用基于分组分层结构网络较为合理，在稳定运行阶段，每组中的所有节点按照时分复用的方式向相应的组内的控制子单元发送信号。

基于分组分层结构具有天然的分布式处理能力，每组的控制子单元就是分布式区域处理中心，每个探测器都把数据传给分组子机，数据融合后再传给上一级中继节点。再将数据直接传送至楼宇系统主机，然后再经GSM网络上传至消防控制中心，控制中心通过GSM网络获取采集到的相关信息，实现对现场的有效控制和管理。

3. 无线火灾自动报警控制器及控制子单元方案设计

3.1火灾报警控制器及控制子单元功能要求

无线火灾报警控制器及控制子单元的基本功能是对火灾报警探测器上报的火警、故障等信息进行相应处理、火灾报警探测器登录及存储、火警故障信息记录及查询等。

3.2火灾报警控制器及控制子单元实现方案

无线火灾自动报警系统由火灾报警控制器、火灾报警控制子单元及火灾报警探测器组成。火灾报警控制器对所带控制子单元等外围设备进行集中管理，它是无线火灾自动报警系统的核心部心。火灾报警控制器及控制子单元的工作原理描述如下：

当火灾报警探测器监测到火灾、故障等异常情况时，通过无线通信模块以无线电波的形式将这些信息发射给控制子单元。控制子单元将这些信息分别处理后，同样通过无线模块以无线电波形式发射到火灾报警控制器。火灾报警控制器通过无线模块接收这些信息后，及时进行相应的处理，将启动或停止相应的设备的命令发送给控制子单元，并发出声光报警信号，使用户可以要根据这些提示进行相应的灭火、排除故障等操作。同时火灾报警控制器将这些火警及故障信息在液晶屏上予以显示、存储，以备用户将来查询所用。控制子单元对接收来自火灾报警控制器的启停设备等命令，并进行相应处理操作，同时控制子单元对探测器登录等进行存储管理。

无线火灾自动报警系统设计方案如图3-1。

图3-1火灾自动报警系统设计方案

火灾报警控制子单元组成如图3-2。

图3-2火灾报警控制子单元组成

本系统中，每个防火分区由一个或者多个控制子单元来监控。每台控制子单元可同时与200个同样的探测器进行通信。为了减少功耗，火灾报警探测器无数据处理时处于休眠状态，当有数据交换时，探测器从休眠状态唤醒，通过无线模块与控制子单元进行数据交换。控制子单元同样通过无线模块接收来自探测器的数据，对数据进行分析处理后，将需要上报火灾报警控制器的数据通过无线模块上传。控制器每隔一段时间向所有探测器通过控制子单元发送同步信号，探测器在接收到同步信号后必须依次向控制子单元发送本探测器的信息。若控制子单元没有收到探测器的信号，则说明该探测器丢失，控制子单元将该探测器丢失信息上报火灾报警控制器，控制器发出声光报警信息通知用户检查探测器。

4. 无线火灾自动报警探测器方案设计

无线火灾报警探测器是无线火灾报警系统的前置探测和处理部分，是整个系统的关键组成部分。智能型火灾报警探测器有感温、感烟等几种类型。探测器对现场环境进行温度、烟雾等数据采集，并对这些数据进行计算和分析处理，向火灾报警控制器送出“正常”、“火警”、“故障”三种状态信息，火灾报警控制器只需对这三种状态信息进行分析和判断及处理。

4.1火灾报警探测器设计要求

当火灾发生时，火灾报警探测器会对火情进行数据采集。具有智能芯片的火