《具有定位功能的消防报警系统设计》
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摘 要：现行的消防系统由探测器、手动报警装置和报警控制器组成.在火灾发生时系统能第一时间通过探测器探测到火灾发生的位置,并通过联动控制立即采取一系列营救措施.但是,现行的火灾自动报警和消防联动控制系统不具备对被困人员的定位和跟踪功能,高层建筑又具有人员相对集中、占地面积少等特点,因此发生火灾时,火势蔓延非常快,会造成楼内人员疏散和搜救困难等一系列问题,给国家带来严重的经济损失和社会问题.基于此,本文将主要对消防报警系统设计中定位功能进行分析研究.
关键词：定位功能;消防报警;系统设计
一 各类定位技术应用分析
现在常用的室内定位技术主要有超声波定位技术、红外线定位技术、Zigbee（短距离无线通信）定位技术、蓝牙定位技术等.红外定位技术是利用各种移动设备发生调制的红外射线进行定位,具有相对较高的定位精度,但由于光线无法穿越障碍物,因此红外定位只能够视距传输,当发射设备放在口袋或被墙壁遮挡时就不能正常工作.超声波定位技术相较于红外定位技术精度高,系统简单,主要采用反射式测距,所以很容易受到多径效应的影响.而Zigbee定位技术以及蓝牙技术因定位精度高,且功耗小,将成为本文主要的研究对象.
二 基于ZigBee的无线智能消防报警系统设计
主要由监控中心和传感器网络组成,其系统架构如图1所示：监控中心由PC机、GPRS模块、声光报警器及无线消防报警信息管理系统组成.实现对传感器探测信息的显示、存储、分析、处理与响应等功能.利用无线消防报警系统管理软件,监控人员可以通过界面直观、清晰地看到火灾位置与现场温度、烟雾信息.
系统工作时,探测节点定时检测监控区域的烟雾和温度,将数据通过ZigBee无线网络发送至监控中心PC机,系统管理软件将检测数据在界面相应位置显示出来,并进行存储与分析,若检测数据经过处理后超过报警阀值,则驱动声光报警模块进行报警,提醒监控工作人员进行相应处理,同时,系统对撤离路径进行计算,向指示节点发出相应撤离路径方向调整命令,引导火灾现场人员进行疏散与撤离.若监控中心工作人员超过规定时间未对系统报警进行响应,系统软件将通过GPRS终端根据优先次序向指定人员或119重复发出报警信息,直到接受到响应处理.
(一)硬件设计
系统中硬件部分由探测节点、指示节点和协调器三种ZigBee设备组成,由于三种设备的硬件构成相似,所以采用模块化结构设计.包含电源模块、无线通信模块、声光报警模块和主控制器模块,探测节点还包含传感器模块,指示节点还包含LED点阵显示模块.
(二)软件设计
监控中心PC机上工作的系统管理软件在VB6.0环境下开发,利用Access2003数据库存储温度和烟雾信息,并对其分析、统计和管理.实现了通信参数设置、报警参数设置、指示信息发送、数据统计与查询和声光报警控制等功能.通信参数设置功能包含PC机与ZigBee协调器、GPRS终端之间的串行通信模式设定.报警参数设置功能用于设置趋势判断、撤离路径选择计算的参数值.监控人员可通过指示信息发送功能调整指示节点的箭头指向或向受困人员发送救助的文本信息,通过采集数据统计与查询可更好地掌握各个监控区域的温度、烟雾特点,对报警参数进行优化,提高报警准确率.
三 基于蓝牙定位的火灾报警系统设计
Zigbee定位技术要求被困人员随身携带Zigbee发射设备,在火灾的紧急情况是较难实现的.考虑到现在的智能手机都具备蓝牙功能,使用蓝牙技术进行定位成为一种可能.蓝牙定位技术的精度约为1至3米,功耗较低,在应用于较小范围时性能较好.在火灾发生时,被困人员打开手机蓝牙可以迅速定位,因此易于普及和实用.
(一)系统硬件
就蓝牙模块而言,其控制方式包括主机控制模式和主机蓝牙模块.所谓主机控制模式,即蓝牙模块利用嵌入式系统等方式,将主机接口当作协议,由此实现主机管控功能.其优越性在于增强了蓝牙模块的相关性能,但由于较为复杂,导致成本过高,且功耗增多.而后一种则是利用固件,对美国CSR公司的B芯片节点进行编辑.蓝牙末端能控制程序主机,并按照蓝牙协议进行操作,而此节点便以锚点的方式,存在于建筑物中.该控制方式不但减少了节点费用,而且使设备尺寸得以缩小,一定程度上降低了功率消耗.
(二)网络连接
此连接可通过2种方式实现,一是以消防弱电系统为基础进行,二是构建单独的局域网络,即以服务器主机为主,在此基础上建立与之对应的回路板,并对每个回路进行标注,总线与所有端子箱相连,而端子箱则以回路的方式,与所有末端形成关联,每个探测器都有与之对应的设备主机,其地址数据以对应关系存在.就蓝牙控制平台而言,可允许多种形式的存在方式,一种是并入地址数据,另一种是以电流载波为依托,构建识别码,之后进行编辑,最终发布.基于此,构建了网络连接的工作流程图与转换图（图2）.
当终端装置与蓝牙实现对接,那么终端装置将通过下述流程完成相关操作,从而实现性能的发挥：①与锚点进行关联,实现信息传送;②开启传输地址信息;③允许蓝牙锚点接入,形成对接;④传送地址码的编码数据;⑤与地理GIS数据进行比较;⑥反馈信号;⑦交互图形数据与其他信息.路由节点在整个系统中发挥重要作用,不但能发布激活指令,还能传送核心数据.此外,還能对锚节点进行网格化管控.在未发生紧急事件的情况下,当路由节点接收到激活互联网的指令时,便随即开始搜索操作,以辐射范围内的定位锚节点为对象展开搜寻.此设计方式使节点可以随意增加,将繁琐的布线简单化,即任意两个点相连,便可实现对下一节点的延伸.此外,系统的稳定性、安全性也大大加强,即便某一位置的关键节点出现连接问题,信号也可通过多个链路实现正常传输,而使延展性得到显著提高.但不足是,因编程步骤过多,内容复杂,使不确定因素增多,而影响信号的传输速度.就信号而言,响应速度及强度等,会受多方面因素影响,如系统节点数量、寻路机制等.
结语：
消防的及时安全已经成为现代消防的主要研究课题.现有的消防设备能够对起火位置进行定位,如何获得被困人员的位置成为了亟待解决的问题.本文分析了两种定位系统设计,分别采用的Zigbee定位技术和蓝牙定位技术,各有优势和缺陷,希望能够进一步完善消防报警系统,有效控制灾情.
参考文献：
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作者简介：
何昕,蚌埠依爱消防电子有限责任公司.
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系统设计引用文献:
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