黃觀生

摘要：伴隨城市建筑智能化建設(shè)與水平的提升，其對火災(zāi)自動報警系統(tǒng)效率以及預(yù)警技術(shù)的需求也愈發(fā)提高、嚴(yán)格。在智能建筑物的設(shè)計上，尤其是火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計。因此在進行火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)劃工作進程中，需要盡可能考慮到系統(tǒng)報警作業(yè)與建筑環(huán)境之間的適應(yīng)度，運用先進技術(shù)推動系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)與軟、硬件設(shè)計水平的優(yōu)化，提升對建筑火情預(yù)警與防范的能力，以便在火災(zāi)發(fā)生前及時疏散人群，控制火勢蔓延，保護人們生命與財產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：無線智能；火災(zāi)自動報警系統(tǒng)

1導(dǎo)言

目前，傳統(tǒng)的火災(zāi)報警系統(tǒng)大多需要在布放場所架設(shè)線路，靈活度低，不具備智能性的自動報警功能，并且由于線路架設(shè)的局限性并不能在森林和牧場等大范圍區(qū)域鋪設(shè)。因此，當(dāng)前急需開發(fā)出一種高靈敏度、較強靈活性、施工維護簡單且后期維護成本低的無線智能火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。隨著現(xiàn)代無線通信技術(shù)和無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，將傳統(tǒng)火災(zāi)報警系統(tǒng)與無線通信技術(shù)和無線傳感器技術(shù)相結(jié)合能夠很好地解決傳統(tǒng)火災(zāi)報警系統(tǒng)自身存在的問題，拓展火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的空間靈活度與智能性，從而形成一種無線智能火災(zāi)自動報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠在大空間尺度、全方位地對火災(zāi)防護區(qū)域進行全天候監(jiān)控，并及時將火災(zāi)信息通過特定分析方式進行處理并在火災(zāi)發(fā)生初期進行報警，同時也可直接控制滅火聯(lián)動設(shè)施對火災(zāi)進行預(yù)滅火處理。

2總體設(shè)計方案

無線智能火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的應(yīng)用場景主要包括居民小區(qū)、商業(yè)建筑和森林保護區(qū)等。整個系統(tǒng)需要實現(xiàn)節(jié)點火情信息采集、節(jié)點間無線通信和集中式火情信息處理。整個無線智能火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為2層。第一層為基于總線的節(jié)點內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)，其主要功能是完成各個節(jié)點處的火情信息采集與集中。第二層為基于無線通信的整體控制系統(tǒng)，實現(xiàn)各個節(jié)點和系統(tǒng)控制器間的無線通信及對火情信息的智能分析。

圖1中的無線智能火災(zāi)自動報警系統(tǒng)主要由終端火災(zāi)信息采集裝置、分布式無線通信節(jié)點、聯(lián)動控制裝置和集中式中央火情處理器和PC端組成。終端火災(zāi)信息采集裝置主要由于例如氣體探測器和火焰探測器等火災(zāi)信息探測器及手動火災(zāi)報警器等設(shè)備組成，其實現(xiàn)火情信息的實時收集并感知外界環(huán)境。分布式無線通信控制節(jié)點實現(xiàn)各個通信控制各節(jié)點與集中式中央火情處理器之間的信息無線傳輸。集中式中央火情處理器將各個探測節(jié)點的信息進行集中式的處理轉(zhuǎn)換與數(shù)據(jù)分析，通過預(yù)先設(shè)定的算法得出火情信息，向PC端及各種火災(zāi)防護聯(lián)動控制裝置發(fā)出對應(yīng)控制信號。

3分布式無線通信節(jié)點設(shè)計

3.1分布式無線通信節(jié)點設(shè)計需求

在無線智能火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中無線通信有著十分顯著的特點，在具體設(shè)計時應(yīng)該根據(jù)其具體需求來選擇合適的無線通信技術(shù)。（1）實時性?；馂?zāi)報警系統(tǒng)需要對監(jiān)控區(qū)域內(nèi)的火情迅速響應(yīng)，整個無線通信系統(tǒng)需要快速的對火情信息進行傳遞，從而保證整個系統(tǒng)的高靈敏度。（2）數(shù)據(jù)量較少。整個報警系統(tǒng)需要傳遞的信息主要為終端火災(zāi)信息采集裝置所采集到的火情信息和控制信號，這些數(shù)據(jù)大部分為數(shù)字量，所以整個系統(tǒng)內(nèi)的需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量相對較小。（3）低能耗。由于整個無線系統(tǒng)架設(shè)條件可能受到限制，無線通信節(jié)點不能直接連接上電能系統(tǒng)，只能靠其內(nèi)部的電源對其進行供電。所以無線通信節(jié)點的設(shè)計需要做到低能耗，從而保障節(jié)點的工作壽命。針對整個火災(zāi)自動報警系統(tǒng)各個無線節(jié)點傳輸距離短，信息傳輸量少，傳輸速率要求不高等特點，選用ZigBee技術(shù)作為整個無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的無線通信手段。運用ZigBee技術(shù)實現(xiàn)整個火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的無線通信，拓展整個系統(tǒng)的空間靈活度。

3.2ZigBee技術(shù)

ZigBee無線通信技術(shù)是21世紀(jì)初出現(xiàn)的一種新型的無線通信技術(shù)，其工作在全球流行的2.4GHz的頻段，最高的傳輸速率可達(dá)到250kb/s。其具有低功耗、低成本、反應(yīng)迅速、安全可靠等特點。在功耗方面，由于其自身的傳輸速率較低，發(fā)射功率只有1mW左右，且在其不發(fā)送數(shù)據(jù)時會進入休眠狀態(tài)能進一步減少了整個設(shè)備的損耗。其休眠激活延時及傳輸延時都處于毫秒級，非常適用于實時性要求高的無線控制系統(tǒng)。在工程中常用的ZigBee網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溆行切徒Y(jié)構(gòu)和混合式結(jié)構(gòu)2種，星型結(jié)構(gòu)組網(wǎng)較為簡單，各個節(jié)點設(shè)備只能與協(xié)調(diào)器之間進行通信，屬于一種集中式分布網(wǎng)絡(luò)，適用于覆蓋范圍較小的無線網(wǎng)絡(luò)?；旌鲜浇Y(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模覆蓋，可靠性高但同時存在成本較高的缺點。在無線智能火災(zāi)自動報警系統(tǒng)中可根據(jù)具體應(yīng)用場景選擇適用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，居民小區(qū)和商業(yè)建筑等場所監(jiān)控范圍相對較小可選用星型結(jié)構(gòu)，森林等區(qū)域應(yīng)選用覆蓋范圍更廣的混合式結(jié)構(gòu)。

4節(jié)點內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

通過節(jié)點內(nèi)部控制網(wǎng)絡(luò)實時監(jiān)控整個火災(zāi)防護區(qū)域與火情相關(guān)的信息，對整個區(qū)域的情況進行實時感知。節(jié)點內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通過火災(zāi)信息采集裝置采集火情相關(guān)信息，通過內(nèi)部通信網(wǎng)絡(luò)將這些信息傳輸?shù)椒植际綗o線通信節(jié)點。

4.1火災(zāi)信息采集裝置

火災(zāi)信息采集裝置主要是采集發(fā)生火災(zāi)時的物理特征值信息，其中包括火災(zāi)初期產(chǎn)生的大量煙霧，劇烈燃燒時所產(chǎn)生的大量熱量、熱輻射和聲音等。分析應(yīng)用場合普遍可燃物在火災(zāi)發(fā)生時燃燒的物理化學(xué)特點，可以得出所需信息采集器的類型分類?；馂?zāi)發(fā)生時會發(fā)生物質(zhì)的轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生可燃?xì)怏w、燃燒氣體等氣體類產(chǎn)物和煙霧顆粒、氣溶膠等固體產(chǎn)物?？梢酝ㄟ^布置氣體探測器、感煙探測器和靜電探測器等探測這些物質(zhì)，從而采集火災(zāi)信息?；馂?zāi)發(fā)生時也會發(fā)生能量的轉(zhuǎn)換，可燃物劇烈燃燒時伴隨著溫度的升高，火焰光和燃燒音的產(chǎn)生。通過感溫傳感器、火焰?zhèn)鞲衅骱吐曇籼綔y器可以分別采集監(jiān)控現(xiàn)場的對應(yīng)信息。通過多種類火災(zāi)信息采集裝置信息融合的方式提高信息的維度，在集中式中央火情處理器中通過智能算法實現(xiàn)火情的準(zhǔn)確分析與預(yù)警，提高整個系統(tǒng)的智能性與準(zhǔn)確性。

4.2內(nèi)部通信方式設(shè)計

各終端火災(zāi)信息采集裝置收集的信息需要傳遞到分布式無線通信節(jié)點進行集中匯總，需要實現(xiàn)終端火災(zāi)信息采集裝置與無線通信節(jié)點之間的通信。由于各個節(jié)點內(nèi)的終端火災(zāi)信息采集裝置離節(jié)點距離一般不長，甚至?xí)@些裝置與無線節(jié)點進行集成，所以選用有線的通信方式。二總線是消防系統(tǒng)中常用的現(xiàn)場總線，其將供電線路與信號線路合二為一，減少了總線的數(shù)量，降低了施工的難度和成本，同時可實現(xiàn)自動同步的編碼通信，其通信距離遠(yuǎn)，2000m左右距離傳輸數(shù)據(jù)無需中繼器。結(jié)合內(nèi)部通信方式設(shè)計的需求，選用二總線作為內(nèi)部通信方式。

5結(jié)語

該無線智能火災(zāi)自動報警系統(tǒng)采用ZigBee無線通信技術(shù)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，實現(xiàn)了多場所的無線智能火災(zāi)實時監(jiān)控，具有可靠性高、智能性強和拓展性高等特點。使用總線加無線的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)解決了傳統(tǒng)火災(zāi)報警系統(tǒng)有線通信線路布線復(fù)雜、可維護性差等問題，擴大了整個火災(zāi)報警系統(tǒng)的覆蓋范圍。采用非線性智能算法和多傳感器融合監(jiān)控，使整個系統(tǒng)響應(yīng)速度快、實時性強、可靠性高，有效提高了報警速度與準(zhǔn)確性。

（作者單位：劉廣州保得威爾電子科技股份有限公司）