廈門市公安消防支隊(duì) 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(duì) 吳榮文 黃豐偉

伴隨著我國(guó)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(jìn)，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(jì)出一套更加科學(xué)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(jìn)一步針對(duì)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(lái)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(wèn)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(hù)人民的人身財(cái)產(chǎn)安全不受侵害，必須加強(qiáng)對(duì)建筑消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)的安全保障設(shè)計(jì)。

二、什么是ZigBee技術(shù)

從定義上來(lái)講，ZigBee技術(shù)可以看作是近距離傳輸，復(fù)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(wú)線電子通訊技術(shù)。一般來(lái)說(shuō)，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(shí)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(yǔ)言延伸來(lái)的，隨后人們將其看作是新時(shí)代無(wú)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(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，它的數(shù)據(jù)模塊相當(dāng)于是移動(dòng)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(dāng)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(dāng)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(duì)所監(jiān)測(cè)的建筑消防儀器設(shè)備信息進(jìn)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(wèn)題出現(xiàn)的位置和原因，對(duì)所傳輸?shù)南罃?shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化整理，在計(jì)算機(jī)的人機(jī)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(lái)，方便監(jiān)控人員對(duì)數(shù)據(jù)的查看以及遠(yuǎn)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?cái)?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(dāng)然在不同的監(jiān)控模塊中，會(huì)有其各自不同的監(jiān)控功能，一般來(lái)說(shuō)，N1模塊主要是用來(lái)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(cè)到消防電子設(shè)備在整個(gè)電力系統(tǒng)網(wǎng)路中的剩余電流數(shù)值，與此同時(shí)，還有一個(gè)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(shí)間對(duì)消防設(shè)備的電源電壓、電流值進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)控[2]。

（三）數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，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(guò)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(wú)線通訊傳輸方式來(lái)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(shí)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(yù)警防范功能，完成了對(duì)設(shè)備電氣信息的實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，及時(shí)而準(zhǔn)確地反映出消防設(shè)備的電源工作狀態(tài)，比如說(shuō)在發(fā)生電壓過(guò)壓、電壓欠壓以及電流過(guò)流、電路缺相等情況時(shí)，會(huì)立刻發(fā)出預(yù)警信號(hào)。

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(jì)中，我們首先要對(duì)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(wèn)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(jì)算機(jī)C語(yǔ)言來(lái)書寫完成，它的開發(fā)環(huán)境是AVR Studio4.17，其硬件平臺(tái)是atmega 128a au單片機(jī)，使得各級(jí)消防設(shè)備電源監(jiān)控模塊間有一個(gè)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(jìn)行單線程的編寫設(shè)計(jì)[3]。

（二）協(xié)議構(gòu)架

從ZigBee網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議構(gòu)架角度來(lái)看，整條協(xié)議棧的重要組成部分在網(wǎng)絡(luò)層，主要負(fù)責(zé)的是對(duì)整個(gè)消防設(shè)備網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)的管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)電源傳感器節(jié)點(diǎn)部位的加設(shè)和斷開，能夠主動(dòng)尋找網(wǎng)絡(luò)路由，并且完成數(shù)據(jù)的有效傳輸，對(duì)其中的應(yīng)用程序要進(jìn)行用戶的自定義，同時(shí)對(duì)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(jìn)行ZigBee網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)盟定義，對(duì)電源監(jiān)控系統(tǒng)的物理層進(jìn)行IEEE 802 15.6定義。將所有控制節(jié)點(diǎn)的微型處理器，無(wú)線收發(fā)器進(jìn)行處理，并應(yīng)用Cluster-Tree樹狀拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)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(dāng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器開啟以后，如果有別的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入，應(yīng)當(dāng)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(diǎn)可以發(fā)出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)認(rèn)證信息，進(jìn)而完成對(duì)傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)認(rèn)證，而當(dāng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)了網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證以后，就可以獲得相應(yīng)的MAC地址信息以及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)參數(shù)值，如果節(jié)點(diǎn)想要離開網(wǎng)絡(luò)的話，只需要對(duì)協(xié)調(diào)器發(fā)出請(qǐng)求就可以了。

（四）ZigBee網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)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(jì)，也可以分成兩種節(jié)點(diǎn)方式來(lái)完成，有FFD節(jié)點(diǎn)以及RFD節(jié)點(diǎn)，其中的FFD節(jié)點(diǎn)可以看作是全功能節(jié)點(diǎn)，能夠?qū)﹄娫幢O(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，有左右兩個(gè)子樹的節(jié)點(diǎn)，然后根據(jù)Cluster-Tree算法展開計(jì)算和路由的選擇。但是RFD節(jié)點(diǎn)則不能進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，只可以在樹狀網(wǎng)絡(luò)中充當(dāng)葉子節(jié)點(diǎn)，當(dāng)收到數(shù)據(jù)傳輸包以后，需要回復(fù)ACK，傳送到父節(jié)點(diǎn)位置進(jìn)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(duì)電源監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行通電調(diào)試，具體的調(diào)試操作需要按照我國(guó)《消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)》中所規(guī)定的要求來(lái)進(jìn)行，對(duì)監(jiān)控器和傳感器分別進(jìn)行單機(jī)通電，仔細(xì)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(bào)警功能以及自動(dòng)監(jiān)視功能、自動(dòng)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(fù)荷值要符合說(shuō)明書中的消防安全規(guī)定，針對(duì)消防備用電源進(jìn)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(jìn)行自動(dòng)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(yùn)行12h，然后填好調(diào)試表，記錄下來(lái)各監(jiān)控點(diǎn)的參數(shù)值和報(bào)警值，明確相對(duì)應(yīng)的安裝地址以及位置信息。通過(guò)電源監(jiān)控系統(tǒng)終端設(shè)備的調(diào)試功能，可以對(duì)消防設(shè)備電源的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，完成對(duì)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(jī)終端設(shè)備保持聯(lián)系，由上位機(jī)針對(duì)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(wú)線Zig-Bee 技術(shù)進(jìn)行通訊，有效地解決了計(jì)算機(jī)硬件處理內(nèi)存方面的壓力，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便移動(dòng)的特點(diǎn)。

六、結(jié)論

綜上所述，本文通過(guò)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(jì)算機(jī)智能操作平臺(tái)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?cái)?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(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)[J]．電氣自動(dòng)化,2017,39(02)：41-44+59．

[2]于江利,田海虹,司亞超,時(shí)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(jì)[J]．計(jì)算機(jī)測(cè)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(xué)院學(xué)報(bào),2012,28(12)：54-56．