基于物联网的火灾监控系统设计

基于物联网的火灾监控系统设计摘要随着通信技术的发展和人们生活水平的提高，安防监控系统逐渐进入大众的视线并成为热门的研究课题。作为安防系统的子系统，家庭火灾监控系统在减少家庭灾害发生，提高人们生活质量方面发挥了重要的作用。传统的家庭火灾监控系统往往存在不嫌不便、单传感器监测准确度不高、远程监控能力不强等诸多缺陷。网络化的火灾监控系统在系统造价上价格不菲，降低监控系统成本和功耗，提高系统集成度和准确度是本课题设计目标。为此，本文提出了一种基于物联网的嵌入式家庭火灾监控系统。利用ZigBee技术构建家庭监控网络的传输链路，依托物联网基础网络设施Internet，实现远程家庭火灾监控。设计多传感器监测环境状态，并将监测数据在智能网关中心进行融合处理，提高监测准确度，得到最终的监测结果；以嵌入式路由芯片RT3052实现智能网关，降低系统的成本和功耗。为了实现该系统，分别对无线传感器网络和智能网关部分进行了详细的硬件和软件设计。为家庭火灾监测设计烟雾、气体、火焰、温度等传感器电路；为入侵监测设计了红外热释电传感电路。以ZigBee单芯片CC2530为核心，构建家庭内部网络通信平台，利用ZigBee2006协议栈实现了无线网络数据通信。经过测试，设计的无线ZigBee网络网关平台能完成和ZigBee和Internet的交互，能正确采集多传感器数据，监控火情，较高概率对火灾进行监测与报警，达到了预期的目标。关键词：火灾监控；ZigBee；多传感器；智能网关；数据融合ABSTRACTWiththedevelopmentofcommunicationstechnologyandtheimprovementofpeople'slivingstandards,securitymonitoringsystemisgraduallyknownbyusandhasbecomeahotresearchtopic.Asasubsystemofthesecuritymonitoringsystem,homefiremonitoringsystemplaysanimportantroleinreducingfamilydisasters,improvingthequalityofpeople'sLive.Traditionalhomefiremonitoringsystemhasmanydefects,suchasinconvenientwiring,lowmonitoringaccuracyofsingle-sensorandpoorremotemonitoringcapacity.Thenetworkedfirecontrolsystemonthesystemcostisnotcheap,loweringthecostofmonitoringandcontrolsystemandpowerconsumption,improvethesystemintegrationandaccuracyofthistopicdesigngoal.Tothisend,thispaperproposesaembeddedhomefiremonitoringsystembasedonInternetofthings.UsingZigBeetechnologytobuildfamilymonitoringnetworktransmissionlink,relyingontheInternetinfrastructurenetworkInternet,realizethefamilyfireremotemonitoring.Multiplesensorstomonitorenvironmentalstateisdesigned,andthemonitoringdatafusionprocessinginthecenteroftheintelligentgateway,toimprovemonitoringaccuracy,getthefinalmonitoringresults;RoutingonembeddedchipRT3052intelligentgateway,reducethesystemcostandpowerconsumption.Inordertorealizethesystemofwirelesssensornetworkandintelligentgatewaypartcarriedonthedetaileddesignofhardwareandsoftware.Designedforhomefiremonitoringsmoke,gas,suchasflame,temperaturesensorcircuit;Monitoringfortheinvasionofpyroelectricinfraredsensorcircuitisdesigned.WithZigBeeCC2530singlechipasthecore,tobuilddomesticnetworkcommunicationsplatform,usingZigBee2006protocolstacktoachievethewirelessdatacommunication.Undertesting,theZigBeewirelessnetworkcancommunicateproperly，intelligentgatewaycanaccomplishthedataforwardingbetweenZigBeeandtheInternet.Besides,itcanproperlycollectthemulti-sensordata,monitorthefireanddetecthomefireinahighprobability.Inaword,thehomesecuritymonitoringsystemachievesthedesiredobjective.Keywords:firemonitoring.ZigBee,multi-sensorintelligentgateway,datafusion引言物联网——一个具有前瞻性的技术，迅速成为信息技术领域的关注热点，其核心技术更是成为众多学者的研究焦点，并将物联网技术看做是一场一触即发的科技火灾自动报警系统设计的根本目的，是为了能够在最早的时间探测到火灾的发生，从而响应人员第一时间采取措施，把火灾控制在和消灭在初期阶段。若火灾发现不及时，导致报警延误，由小火变成大火，就可能造成重大的人身伤亡和财产损失。我国火灾报警系统起步较发达国家晚几十年，虽然取得了较快的发展，但大多数是引进国外技术进行生产，具有自主知识产权的核心技术较少。目前的实际工程当中传统型的区域报警系统和集中报警系统应用广泛，大多数为多线制连接方式，即探测器、报警器、控制器之间是采用两条或多条的铜芯绝缘导线。其系统安装成本约占设备成本的33%-70%，且施工复杂，系统扩展性能差，自称体系，自我封闭，线路易老化或遭到腐蚀，抗干扰能力，误报警率高。目前大力发展的智能化火灾自动报警系统应用较少，主要集中智能系统为主，巡检速度低，稳定性和可靠性差，不适用于规模庞大的建筑。大多数火灾自动报警系统以感温、感烟探测器为主，存在比较突出的迟报、误报、漏报、损毁等现象，往往达不到系统的设计要求，这些都是制约着火灾自动报警系统发展的障碍。分析以上不足，火灾自动报警系统向着网络化。智能化、高可靠性等方向发展是解决问题的关键。文本讲物联网这一新兴技术引入到火灾自动报警系统，作为连接探测端和控制端的传输链路，可靠快速的传递信息，并改变传统火灾探测器布局方式，提高探测火灾的覆盖范围，有效的提高火灾自动报警系统的可靠性和稳定性。采用物联网技术还可以提高网路容量，对探测范围内的物体进行实时编码，对于移动设备、大空间火灾探测等热点问题也具有很好的效果，是火灾自动报警系统发展的新方向。1绪论1.1系统开发背景随着社会的不断的发展，社会财富日益增加，人们对家居生活质量要求越来越高。房子不仅仅限于传统的居住功能，提供舒适安全、高品位的生活空间是人们对未来的美好期待。火灾对人们的生产和生活安全构成了极大的威胁。据统计，70年代我国火灾平均损失为2.5亿元，80年代我国火灾平均损失有所增加，但约为3.2亿元。从90年代开始，尤其是1993年以后，火灾造成的财产损失直线上升，年平均损失高达十几亿元，每年因火灾死亡人数多于2000人。因此实现家庭火灾监控具有非常重要的现实意义。我国的火灾自动报警控制系统经历了从无到有、简单到复杂的发展过程，其智能化程度也越来越高。目前，国产火灾自动报警系统均采用汉字显示，价格低廉，适合我国国情，但是火灾自动报警系统由于多数没有分布智能呢个，可靠性低，且产品没有没有形成系列化、品种不全，产品的外观也较差，变成复杂，调试部方便，设备兼容性差。国外产品多数具有分布智能，可靠性性高，产品的具有系列化、品种齐全，产品外观美观，人机对话功能强。缺点是多数没有汉化，操作维护部便，价格较高，设备兼容性差。世界无线物联网技术还处于起步阶段，我国在这些方面处于世界的前列，但是目前我国物联网产业，技术还处于概念和实验的初级阶段，物联网的相关产业链条还没有彻底形成，处于起步阶段，但物联网的发展前景是令人期待的，以后的发展空间是巨大的。上世纪九十年代以来，火灾自动报警系统得到了不同程度的发展。火灾预警系统利用无线物联网技术室把整个系统连成一个集中的网络，在控制屏幕上能及时看清楚哪些地方有可能诱发火灾，可以及时作出相应的处理。家庭住所就是一个相互关联的一个网络无论哪个角落出现了火灾隐患点它很快就会以无线的方式传输到控制中心，甚至直接控制灭火装置，这就需要看设计的需要了。1.2系统开发的目的与意义现有的家庭火灾监控系统存在着安装不便，监测准确度和远程监控能力不强等缺陷，与人们对居住环境的要求越来越高，家用设施的安全管理亟待改善的迫切需要形成了强烈的矛盾，家庭内部监控数据量小，对传输实时性的要求不高，选用ZigBee为代表的无线传感器网络来组建智能网关，连接家庭内部监控网络和外部网络，用户只要通过浏览访问监控系统网关，便能够对家庭中的各种危险情况，如煤气泄漏、火灾引发、入室盗窃进行监控。当出现险情时，监控报警信息能自动发送到用户的手机上，提醒采取措施。据统计，全家家庭各种室盗窃犯罪案件和因煤气泄漏引发的火灾正呈现最年攀升的态势。本系统的开发提高了家庭安全性，为构建和谐社会奠定了一定上网基础：其次，由于本系统结构简单、安装方便、价格低廉，也为普通中低收入家庭火灾远程监控提供了一个良好的选择。1.3火灾监控系统国内外发展现状火灾监控系统能够及时有效发现火情，迅速产生报警，是减少火灾灾害的重要工具。纵观火灾监控系统的发展历程，一般可以分为以下几个发展阶段：第一个阶段，从十九世纪到上世纪中期，这个阶段使用简单的感温探测器来进行火灾的探测，火灾探测根据探测环境的温度参量判定是否有火灾发生，容易受到外界干扰，灵敏度低而且响应慢。第二阶段，从上世纪50年代到70年代，诞生了离开感烟探测器，一般采取“先见烟再见火”的探测手段。这个时期的检测系统多采用多线制，要求一个火灾探测器与报警器有至少两条的导线相连，确保探测点发出预警信号，但是存在布线复杂。调试难度大等缺点。第三阶段，从上世纪80年代开始，采用总线制火灾检测系统，火灾探测器和报警器之间的通信需要一台微机和收发电路实现，使用全总线控制，有布线简单、安装调试容易、火灾报警定位精确等优点。第四阶段，从上世纪80年代后期至今，伴随着计算机技术。传感器技术和通信技术的发展，火灾监测体系走向了智能化和网络化，出现了分布式智能和网络通信火灾监测系统。分布式智能火灾系统特点在于火灾探测器处理火灾信号，提高了火灾监测的实时性和可靠性；网络通信火灾系统使得火灾报警控制器能通过Internet交换信息，实现远程火灾信息管理和通信服务。国外火灾远程监控技术起步较早，许多国家已经建立了城市火灾的自动