胡晗　吴学军　朱娟

【摘 要】针对传统的火灾报警系统电路复杂、布线多和靠性差的缺陷，利用ZigBee无线数据传输技术，避免在复杂环境中的布线;通过天燃气泄露传感器检测火灾隐患，通过红外线测温传感器、亮度传感器以及烟雾传感器检测火灾的发生，并迅速获得火灾发生的具体位置，进而迅速采取措施将火灾损失降到最低。

【关键词】ZigBee技术;天然气泄漏检测;火灾报警

中图分类号： TP277 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）10-0038-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.10.013

Design of Gas Leak Detection and Fire Alarm System Based on ZigBee Technology

HU Han WU Xue-jun ZHU Juan

（Hubei University of Arts and Science，Xiangyang Hubei 441053，China）

【Abstract】In accordance with the defect of complex circuit、Wiring more and low reliability of traditional fire alarm system，ZigBee wireless data transmission technology is used to avoid wiring in complex environment;gas leakage sensor can detect hidden fire hazards;infrared temperature sensor，brightness sensor and smoke sensor can find fire occurrence， and the specific location of fire occurrence is quickly obtained，these measures could minimize the fire damage.

【Key words】ZigBee technology;Gas leakage detection;Fire alarm

0 引言

隨着现代化城市布局的扩大和经济的发展，大的工厂车间，大型仓库、超市以及高层建筑物比比皆是， 这些场所由于天然气、家用电器设备和公用电器设备使用中出现的可燃气体泄露、电气设备过载、过热、短路等不安全因素，均具有火灾隐患，重特大火灾发生概率呈上升趋势。现代火灾已呈现出立体化、复杂化、多样化的趋势，对人民的生命和财产造成很大的威胁和损失。

有效的火灾报警系统成为保护人身生命财产安全的重要设施。现在火灾报警系统的形式多种多样，一般可以分为三种，即智能型火灾报警系统、全总线型火灾报警系统和两者都有的综合型火灾报警系统[1]。传统的报警系统由于电路复杂、布线多、可靠性差，已经逐渐被总线型报警系统取代，这种自动报警系统己采用微处理器控制，通过总线与控制器实现信号传送，它同以前的产品相比有了很大的飞跃，布线工作显著减少，安装调试变得容易，降低了安装和维修费用，目前国内生产的火灾自动报警系统大多数为此类产品。但随着社会的发展，这一系统已逐渐暴露出它的问题。由于采用了有线连接，线路容易老化或遭到腐蚀、磨损，系统耗材多、造价高、功耗大、扩展能力差、设计、施工与维护复杂，在火灾发生前后不能有效地发挥其作用[2-3]。

解决这些问题的最佳方法就是取消硬线连接，使用可以即插即用的无线系统。主要的无线网络技术有蓝牙技术、红外线技术、Wi-Fi技术等，这些技术各有优缺点。火灾报警系统除了要求具有较好的可靠性，稳定性和实时性外，还希望火灾报警器的成本较低，方便大规模地在仓库、楼宇内布置节点，但蓝牙技术集成复杂，成本高通信距离短，红外线技术只能在两种设备之间连接，Wi-Fi技术功耗大，都不适用于火灾报警。而ZigBee技术由于低功耗，低成本，组网能力强，成为火灾报警系统的最佳选择。

1 ZigBee技术简介

ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗个域网协议，其特点是近距离、低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本，主要适合用于自动控制和远程测控领域，可以嵌入各种设备[4]。ZigBee节点所属类别主要分三种，分别是协调器（Coodinator）、路由器（Router）、终端（End Device）。同一网络中至少需要一个协调器，也只能有1个协调器，负责各个节点，16 位地址分配（自动分配），理论上可以连上65536个节点，ZigBee标准指定了三种网络拓扑：星型、树型和网状网[5]，如图1所示。

2 系统总体设计

本系统主要由ZigBee无线传感器网络、本地监测中心等部分组成。无线传感器网络由无线传感器节点、路由器、网络协调器组成。系统工作时，协调器负责网络初始化和建网，无线传感器节点上电后自动搜寻并加入网络，这样就完成了ZigBee网络的构建。系统总体结构如图2所示：

3 硬件设计

3.1  无线传感器节点硬件设计

无线传感器节点的主要任务就是对现场情况进行监测，当检测到天然气泄漏、或者感知火灾发生时，及时通过CC2530将报警信息和位置发送至路由器节点，再由路由器节点传递给协调器，最后由监测中心发出报警，并显示出具体位置，无线传感器节点模块框图如图3所示。

3.2 协调器及监测中心节点设计