基于RTU通訊技術(shù)的火災(zāi)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的研究與開發(fā)

潘君

【摘 要】本課題研究的基于RTU通訊技術(shù)的火災(zāi)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)，與國內(nèi)已有系統(tǒng)相比，存在布線方便，自動組網(wǎng)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，監(jiān)控及時(shí)等優(yōu)點(diǎn)。隨著通信技術(shù)的發(fā)展和人們生活水平的提高，未來對家庭安全性的監(jiān)測越來越受重視，本課題研究的火災(zāi)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)將逐漸進(jìn)入大眾的生活中，保障大眾的生命財(cái)產(chǎn)的安全。

【關(guān)鍵詞】火災(zāi)探測；物聯(lián)網(wǎng)

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)火情，迅速產(chǎn)生報(bào)警，是減少火災(zāi)災(zāi)害的重要工具。縱觀火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展歷程，一般可以分為以下幾個(gè)發(fā)展階段：

第一個(gè)階段，從十九世紀(jì)到上世紀(jì)中期，這個(gè)階段使用簡單的感溫探測器來進(jìn)行火災(zāi)的探測，火災(zāi)探測器根據(jù)探測環(huán)境的溫度參量判定是否有火災(zāi)發(fā)生，容易受到外界干擾，靈敏度低而且響應(yīng)慢。

第二階段，從上世紀(jì)50年代到70年代，誕生了離子感煙探測器，一般采取“先見煙再見火”的探測手段。這個(gè)時(shí)期的檢測系統(tǒng)多采用多線制，要求一個(gè)火災(zāi)探測器與報(bào)警器有至少兩條的導(dǎo)線相連，確保探測點(diǎn)發(fā)出預(yù)警信號，但是存在布線復(fù)雜、調(diào)試難度大等缺點(diǎn)。

第三階段，從上世紀(jì)80年代開始，采用總線制火災(zāi)檢測系統(tǒng)，火災(zāi)探測器和報(bào)警器之間的通信需要一臺微機(jī)和收發(fā)碼電路實(shí)現(xiàn)，使用全總線控制，有布線簡單、安裝調(diào)試容易、火災(zāi)報(bào)警定位精確等優(yōu)點(diǎn)。

第四階段，從上世紀(jì)80年代后期至今，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，火災(zāi)監(jiān)測體系走向了智能化和網(wǎng)絡(luò)化，出現(xiàn)了分布式智能和網(wǎng)絡(luò)通信火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)。分布式智能火災(zāi)系統(tǒng)特點(diǎn)在于火災(zāi)探測器能處理火災(zāi)信號，提高了火災(zāi)監(jiān)測的實(shí)時(shí)性和可靠性；網(wǎng)絡(luò)通信火災(zāi)系統(tǒng)使得火災(zāi)報(bào)警控制器能通過Internet交換信息，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程火災(zāi)信息管理和通信服務(wù)。

國外火災(zāi)遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)起步較早，許多國家已經(jīng)建立了城市火災(zāi)的自動報(bào)警網(wǎng)絡(luò)，形成了比較完善的火災(zāi)預(yù)警和善后處理體系。

我國對火災(zāi)監(jiān)控研究應(yīng)用起步較晚，隨著改革開放的深入和經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速增長，我國火災(zāi)監(jiān)控行業(yè)發(fā)展迅速，系統(tǒng)控制模式逐步從多線制控制系統(tǒng)、多總線一體化向分布式控制系統(tǒng)發(fā)展；探測技術(shù)從單一的感煙探測發(fā)展成多元復(fù)合探測。然而國內(nèi)市場的消防報(bào)警產(chǎn)品型號繁雜，各種產(chǎn)品提供的接口、通信協(xié)議都存在較大差異，導(dǎo)致出現(xiàn)故障之后，因廠家原因得不到及時(shí)維修，埋下了較大的火災(zāi)隱患。

在家庭監(jiān)控系統(tǒng)中，控制網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)不可或缺的部分，起著信息傳達(dá)的作用，一方面控制網(wǎng)絡(luò)收集傳感器終端的信號或家電信息并傳遞到主控制器，另一方面下達(dá)主控制器對終端家用電器或者電子產(chǎn)品的控制信號。從目前的發(fā)展來看，控制網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了從電力載波到家庭總線，再到無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展歷程。家庭控制網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)的傳輸率要求較低，但對傳輸?shù)臏?zhǔn)確度要求較高，有線的網(wǎng)絡(luò)架設(shè)存在著布線成本高、安裝不夠靈活、升級困難等諸多弊端，這為家庭無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和應(yīng)用提供了機(jī)遇。

2 選題的意義

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，人們對家居生活質(zhì)量要求越來越高。房子不僅僅限于傳統(tǒng)的居住功能，提供舒適安全、高品位的生活空間是人們對未來的美好期待?；馂?zāi)對人們的生產(chǎn)和生活安全構(gòu)成了極大的威脅。據(jù)公安部的統(tǒng)計(jì)，近五年來，我國火災(zāi)每年發(fā)生次數(shù)都在十萬次以上，每年家庭火災(zāi)發(fā)生的次數(shù)占總火災(zāi)發(fā)生次數(shù)的40%，但死亡的人數(shù)占到了總死亡人數(shù)的70%，因此實(shí)現(xiàn)家庭火災(zāi)監(jiān)控具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義?；馂?zāi)監(jiān)控主要以火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)為主，研究重點(diǎn)在于降低火災(zāi)監(jiān)測的虛警率，將火災(zāi)消滅在萌芽狀態(tài)。

3 內(nèi)容

3.1 目標(biāo)

現(xiàn)有的家庭火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)存在著安裝不便，監(jiān)測準(zhǔn)確度和遠(yuǎn)程監(jiān)控能力不強(qiáng)等缺陷，與人們對居住環(huán)境的要求越來越高，家用設(shè)施的安全管理亟待改善的迫切需要形成了強(qiáng)烈的矛盾。家庭內(nèi)部監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)量小，對傳輸實(shí)時(shí)性的要求不高，選用ZigBee為代表的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)來組建家用監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，可大大降低系統(tǒng)成本和復(fù)雜度，提高設(shè)計(jì)靈活性。選擇RTU（Remote Terminal Unit）數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)設(shè)備，連接家庭內(nèi)部監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和外部網(wǎng)絡(luò)，用戶只要通過瀏覽器訪問監(jiān)控系統(tǒng)，便能夠?qū)彝ブ械幕馂?zāi)進(jìn)行監(jiān)控。當(dāng)出現(xiàn)險(xiǎn)情時(shí)，監(jiān)控報(bào)警信息能自動發(fā)送到用戶的手機(jī)上，提醒采取措施。本系統(tǒng)的開發(fā)，提高了家庭安全性，為構(gòu)建和諧社會奠定了一定的基礎(chǔ)。

3.2 內(nèi)容

傳統(tǒng)的家庭火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)往往存在布線不便、單傳感器監(jiān)測準(zhǔn)確度不高、遠(yuǎn)程監(jiān)控能力不強(qiáng)等諸多缺陷。網(wǎng)絡(luò)化的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)在系統(tǒng)造價(jià)上價(jià)格不菲，降低監(jiān)控系統(tǒng)成本和功耗，提高系統(tǒng)集成度和準(zhǔn)確度是本課題設(shè)計(jì)的目標(biāo)。

為此，本文提出了一種基于RTU通訊技術(shù)的火災(zāi)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。利用ZigBee技術(shù)構(gòu)建家庭監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的傳輸鏈路，依托物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施GPRS，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程家庭火災(zāi)監(jiān)控。設(shè)計(jì)多傳感器監(jiān)測環(huán)境狀態(tài)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)在智能網(wǎng)關(guān)中心進(jìn)行融合處理，提高監(jiān)測準(zhǔn)確度，得到最終的監(jiān)測結(jié)果；以RTU作為數(shù)據(jù)的傳輸中介，以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)的處理器，最終以WEB形式發(fā)布數(shù)據(jù)狀態(tài)。即使家中無網(wǎng)絡(luò)，無服務(wù)器也可以實(shí)現(xiàn)家伙火警的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測。

3.3 擬解決的關(guān)鍵問題

（1）采用ZigBee無線通訊方式采集火災(zāi)特征數(shù)據(jù)。

（2）構(gòu)建第三方實(shí)時(shí)監(jiān)控管理中心系統(tǒng)。

（3）用戶自主管理系統(tǒng)

3.4 研究方法

文獻(xiàn)研究法，通過圖書館及網(wǎng)絡(luò)文獻(xiàn)了解當(dāng)前已有火災(zāi)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)的組成，存在的問題，進(jìn)而指導(dǎo)我們開發(fā)系統(tǒng)。通過ZigBee相關(guān)著作，學(xué)習(xí)先進(jìn)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，將該技術(shù)應(yīng)用在我們的系統(tǒng)中。

實(shí)驗(yàn)研究法，在實(shí)驗(yàn)室建立模擬的測試環(huán)境，依次解決數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲及WEB數(shù)據(jù)發(fā)布全過程，在建設(shè)測試環(huán)境的過程中，不斷探索和發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，優(yōu)化系統(tǒng)。

3.5 技術(shù)路線

基于RTU通訊技術(shù)的火災(zāi)在線實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)主要包括ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)、RTU和服務(wù)器。該系統(tǒng)為家庭火災(zāi)監(jiān)測設(shè)計(jì)了煙霧、溫度等傳感器電路；以ZigBee芯片為核心，構(gòu)建家庭內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信平臺，利用ZigBee2006協(xié)議棧實(shí)現(xiàn)了無線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信；以RTU為核心構(gòu)建智能網(wǎng)關(guān)平臺，基本功能是實(shí)現(xiàn)家庭數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)；擴(kuò)展功能在于接收ZigBee傳感器終端的監(jiān)測數(shù)據(jù)，響應(yīng)遠(yuǎn)程訪問請求，反饋監(jiān)控處理結(jié)果。用戶以IP地址的形式訪問Web服務(wù)器，網(wǎng)關(guān)能實(shí)時(shí)響應(yīng)遠(yuǎn)程請求，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)以網(wǎng)頁的形式反饋給用戶。

4 研究價(jià)值

目前，家庭火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)不同程度存在著布線不便、準(zhǔn)確度不高、遠(yuǎn)程監(jiān)控能力不強(qiáng)等缺點(diǎn)。有線的傳輸方式雖然有較大的信息傳輸能力，但布線復(fù)雜且不靈活，容易對原有建筑的布局造成影響；傳統(tǒng)基于單傳感器的火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)，其準(zhǔn)確度易受環(huán)境因素影響，傳感器失效不可自愈而導(dǎo)致系統(tǒng)永久癱瘓；獨(dú)立的家庭火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)，受到監(jiān)控地域局限，不能適應(yīng)未來家庭安全監(jiān)控的需求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]楊震.物聯(lián)網(wǎng)及其技術(shù)發(fā)展[J].南京郵電大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，30（4）.

[2]譚炳華.火災(zāi)自動報(bào)警及消防聯(lián)動系統(tǒng)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

[3]潘偉，黃東.基于ZigBee技術(shù)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展，2008，18（9）.

[責(zé)任編輯：張濤]endprint