廈門市公安消防支隊 吳榮文 黃豐偉

基于ZigBee技術(shù)的消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)

廈門市公安消防支隊 吳榮文 黃豐偉

伴隨著我國城市化建設(shè)水平的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化的建筑物正朝向更加智能化、信息化的方向邁進，為了能夠提高建筑物使用的安全性和穩(wěn)定性，必須要設(shè)計出一套更加科學而完善的建筑消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)，因此本文將進一步針對這種基于ZigBee技術(shù)的電源監(jiān)控系統(tǒng)展開更加深入的探索與討論。

ZigBee技術(shù)；消防設(shè)備；電源監(jiān)控系統(tǒng)

一、前言

在城市化建設(shè)的發(fā)展道路中，越來越多的高樓大廈拔地而起，而高層現(xiàn)代化建筑的消防安全問題，也引起了人們的高度重視，為了盡可能避免高層建筑物消防安全事故的發(fā)生，保護人民的人身財產(chǎn)安全不受侵害，必須加強對建筑消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)的安全保障設(shè)計。

二、什么是ZigBee技術(shù)

從定義上來講，ZigBee技術(shù)可以看作是近距離傳輸，復雜度比較低，功耗消耗量少、傳輸速率較低而且傳輸成本不高的一種雙向無線電子通訊技術(shù)。一般來說，主要被應(yīng)用在傳輸速率不是很高的電子設(shè)備間，可有效實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。ZigBee技術(shù)最初是從蜜蜂之間的信息傳遞語言延伸來的，隨后人們將其看作是新時代無線電子通訊的代名詞，這種技術(shù)依靠的是可靠性比較高的無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，它的數(shù)據(jù)模塊相當于是移動網(wǎng)絡(luò)的基站，因此被廣泛地應(yīng)用在了建筑物的消防安全設(shè)備管理系統(tǒng)當中[1]。

三、主要組成部分

（一）監(jiān)控中心

我們都知道，消防設(shè)備電源的監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)當被看作是現(xiàn)代化建筑物消防安全系統(tǒng)的核心，因此可以將基于ZigBee技術(shù)的電源監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控中心部分視為數(shù)據(jù)傳輸管理的中央處理器，在這一監(jiān)控中心內(nèi)，可以對所監(jiān)測的建筑消防儀器設(shè)備信息進行有效的跟蹤與管理，能夠確切地了解到消防設(shè)備故障問題出現(xiàn)的位置和原因，對所傳輸?shù)南罃?shù)據(jù)進行數(shù)字化整理，在計算機的人機交互界面中，能夠?qū)⑾涝O(shè)備的電源信息數(shù)據(jù)直觀地可視化展現(xiàn)出來，方便監(jiān)控人員對數(shù)據(jù)的查看以及遠程控制口令的發(fā)送。

（二）監(jiān)控模塊

在具體的電源監(jiān)控模塊中，主要是由各種監(jiān)控數(shù)據(jù)傳感器組成，像是電源電壓傳感器，電源電流傳感器等。當然在不同的監(jiān)控模塊中，會有其各自不同的監(jiān)控功能，一般來說，N1模塊主要是用來監(jiān)控消防設(shè)備的電源電壓，而N2模塊可以看作是消防設(shè)備電源電流的監(jiān)控模塊，可以很清晰地監(jiān)測到消防電子設(shè)備在整個電力系統(tǒng)網(wǎng)路中的剩余電流數(shù)值，與此同時，還有一個N3模塊，在N3模塊中，主要是集合了N1監(jiān)控模塊和N2監(jiān)控模塊的功能，能夠在同一時間對消防設(shè)備的電源電壓、電流值進行數(shù)據(jù)監(jiān)控[2]。

（三）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

簡單來說，基于ZigBee技術(shù)的消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸，主要是通過ZigBee技術(shù)的數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)和3G網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起的無線通訊傳輸方式來完成的，這是由于建筑物消防設(shè)備比較多，設(shè)備分布比較廣泛的原因決定的，可以很好地降低消防設(shè)備布線的成本水平，同時也可以更好地增加消防設(shè)備電源系統(tǒng)的監(jiān)控范圍，完善了建筑物消防設(shè)備的預警防范功能，完成了對設(shè)備電氣信息的實時監(jiān)控和管理，及時而準確地反映出消防設(shè)備的電源工作狀態(tài)，比如說在發(fā)生電壓過壓、電壓欠壓以及電流過流、電路缺相等情況時，會立刻發(fā)出預警信號。

四、基于ZigBee技術(shù)的消防設(shè)備網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)

（一）ZigBee網(wǎng)絡(luò)

在基于ZigBee技術(shù)的消防設(shè)備電源信息數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計中，我們首先要對ZigBee網(wǎng)絡(luò)概念加以理解，ZigBee網(wǎng)絡(luò)主要是由物理層，網(wǎng)絡(luò)訪問控制層，還有安全層以及應(yīng)用層等部分組成，其中ZigBee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議軟件要用計算機C語言來書寫完成，它的開發(fā)環(huán)境是AVR Studio4.17，其硬件平臺是atmega 128a au單片機，使得各級消防設(shè)備電源監(jiān)控模塊間有一個通信緩沖區(qū)，因此所使用的雙向射頻模塊主要是CC2480，可以進行單線程的編寫設(shè)計[3]。

（二）協(xié)議構(gòu)架

從ZigBee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議構(gòu)架角度來看，整條協(xié)議棧的重要組成部分在網(wǎng)絡(luò)層，主要負責的是對整個消防設(shè)備網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的管理，實現(xiàn)對電源傳感器節(jié)點部位的加設(shè)和斷開，能夠主動尋找網(wǎng)絡(luò)路由，并且完成數(shù)據(jù)的有效傳輸，對其中的應(yīng)用程序要進行用戶的自定義，同時對電源監(jiān)控程序接口，傳輸數(shù)據(jù)的鏈路層以及媒體接入位置、網(wǎng)絡(luò)層進行ZigBee網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)盟定義，對電源監(jiān)控系統(tǒng)的物理層進行IEEE 802 15.6定義。將所有控制節(jié)點的微型處理器，無線收發(fā)器進行處理，并應(yīng)用Cluster-Tree樹狀拓撲網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來完成系統(tǒng)構(gòu)建[4]。

（三）Cluster-Tree樹狀網(wǎng)絡(luò)

Cluster-Tree樹狀網(wǎng)絡(luò)主要是在網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器上發(fā)揮作用的，當網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器開啟以后，如果有別的節(jié)點進入，應(yīng)當讓Cluster-Tree網(wǎng)絡(luò)通道同協(xié)調(diào)器的通道保持一致，使得這一節(jié)點可以發(fā)出準確的數(shù)據(jù)認證信息，進而完成對傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)申請認證，而當節(jié)點通過了網(wǎng)絡(luò)認證以后，就可以獲得相應(yīng)的MAC地址信息以及拓撲結(jié)構(gòu)參數(shù)值，如果節(jié)點想要離開網(wǎng)絡(luò)的話，只需要對協(xié)調(diào)器發(fā)出請求就可以了。

（四）ZigBee網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計與選擇

建筑消防設(shè)備電源監(jiān)控的ZigBee網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計，也可以分成兩種節(jié)點方式來完成，有FFD節(jié)點以及RFD節(jié)點，其中的FFD節(jié)點可以看作是全功能節(jié)點，能夠?qū)﹄娫幢O(jiān)控數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)，有左右兩個子樹的節(jié)點，然后根據(jù)Cluster-Tree算法展開計算和路由的選擇。但是RFD節(jié)點則不能進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，只可以在樹狀網(wǎng)絡(luò)中充當葉子節(jié)點，當收到數(shù)據(jù)傳輸包以后，需要回復ACK，傳送到父節(jié)點位置進行轉(zhuǎn)讓[5]。

五、基于ZigBee技術(shù)的消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試

等待電源監(jiān)控系統(tǒng)中的監(jiān)控器與傳感器都安裝完以后，就需要對電源監(jiān)控系統(tǒng)進行通電調(diào)試，具體的調(diào)試操作需要按照我國《消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)》中所規(guī)定的要求來進行，對監(jiān)控器和傳感器分別進行單機通電，仔細檢查好消防設(shè)備零件的功能是否完整，注意調(diào)試好監(jiān)控系統(tǒng)的輸出控制功能、故障報警功能以及自動監(jiān)視功能、自動檢查功能，確保其符合建筑施工的消防安全規(guī)范要求，尤其是監(jiān)控電源設(shè)備的容量負荷值要符合說明書中的消防安全規(guī)定，針對消防備用電源進行沖、放電，充電、放電各3次，保證備用電源可以和消防設(shè)備的主電源進行自動的切換，如果消防設(shè)備的基礎(chǔ)功能正常，需要保持電源監(jiān)控系統(tǒng)調(diào)試運行12h，然后填好調(diào)試表，記錄下來各監(jiān)控點的參數(shù)值和報警值，明確相對應(yīng)的安裝地址以及位置信息。通過電源監(jiān)控系統(tǒng)終端設(shè)備的調(diào)試功能，可以對消防設(shè)備電源的運行狀態(tài)進行數(shù)據(jù)的采集，完成對設(shè)備電源的通斷控制，并使用協(xié)調(diào)器完成數(shù)據(jù)的傳輸，與上位機終端設(shè)備保持聯(lián)系，由上位機針對設(shè)備數(shù)據(jù)信息采集和處理的結(jié)果發(fā)送命令，基于無線Zig-Bee 技術(shù)進行通訊，有效地解決了計算機硬件處理內(nèi)存方面的壓力，具有結(jié)構(gòu)簡單，方便移動的特點。

六、結(jié)論

綜上所述，本文通過探索ZigBee技術(shù)在建筑消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用，在計算機智能操作平臺的基礎(chǔ)上，利用傳感器設(shè)備以及相應(yīng)的Cluster-Tree路由算法選擇，有效地將消防設(shè)備的電源監(jiān)控數(shù)據(jù)傳送到監(jiān)控處理中心，完成了現(xiàn)代化建筑的消防電源安全管理。

[1]于躍,張峰,張士文．基于ZigBee技術(shù)的電力設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)[J]．電氣自動化,2017,39(02)：41-44+59．

[2]于江利,田海虹,司亞超,時麟．基于ZigBee技術(shù)的消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)研究[J]．電源技術(shù),2014,38(05)：951-952．

[3]王麗娟,閆紹敏．基于ZigBee技術(shù)的圖書館智能消防監(jiān)控系統(tǒng)[J]．電子技術(shù),2013,40(02)：52-54．

[4]郭金妹,張建榮．一種消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J]．計算機測量與控制,2015,23(08)：2726-2729．

[5]郭潞梅．談消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)的組成及安裝[J]．武警學院學報,2012,28(12)：54-56．