【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì) (論 文 ) 基于 ZigBee 技術(shù)的智能 火災(zāi)報(bào)警 逃生 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 系 別 自動(dòng)化工程系 專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械工程及自動(dòng)化 班 級(jí) 50718 姓 名 李易航 指導(dǎo)教師 汪晉寬 年 月 日 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) 摘要 近年來(lái)，隨著國(guó)內(nèi)的新建建筑趨于高層化 ，高層建筑的防火防盜系統(tǒng)也成為各機(jī)構(gòu)研究的重點(diǎn)。隨著通訊技術(shù)和防火防盜探測(cè)器的快速發(fā)展，智能建筑的理念正逐步走進(jìn)我國(guó)，所謂智能建筑，也就是讓建筑具有一種人性化的體現(xiàn)。高層建筑一般分為民用和商務(wù)用兩種，本設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于商務(wù)用的高層建筑，利用了了火災(zāi)逃生箱、 PLC 編程控制技術(shù)、 防火防盜探測(cè)器、區(qū)域火災(zāi)及防盜報(bào)警控制器，根據(jù)商務(wù)大廈的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)出了一套適用于商務(wù)大廈的智能化防火防盜系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞： PLC 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng) 逃生 箱體 防盜系統(tǒng) 商業(yè)大廈 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文 ） 第 頁(yè) 目錄 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) 第 1 章 緒論 引言 火 災(zāi)是世界上發(fā)生頻率較高的一種災(zāi)害，幾乎每天都有火災(zāi)發(fā)生，據(jù)聯(lián)合國(guó)“世界火災(zāi)統(tǒng)計(jì)中心（ WFSC） 2022 統(tǒng)計(jì)資料”，全球每年發(fā)生火災(zāi) 600 萬(wàn)至 700萬(wàn)次，全球每年死于火災(zāi)的人數(shù)約為 65000 人至 75000 人。歐洲和北美發(fā)生的火災(zāi)較多，死亡人數(shù)卻相對(duì)較少， 這與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家的生活水平高以及消防設(shè)施完善有關(guān)； 亞洲居住人數(shù)最多，發(fā)生火災(zāi)次數(shù)較少，但死亡人數(shù)較多，這與亞洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度不高，消防設(shè)施不完善等因素有關(guān)。 火災(zāi)早已成為我國(guó)常發(fā)性和破壞性以及影響力最強(qiáng)的災(zāi)害之一。隨著經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的快速發(fā)展，城市高層、地下建筑 以及大型綜合性建筑日益增多，火災(zāi)隱患也大大增加，火災(zāi)發(fā)生的數(shù)量及造成的損失呈逐年上升的趨勢(shì)。我國(guó)每年的起火次數(shù)較少，但死亡人數(shù)較多，這說(shuō)明我國(guó)的消防保護(hù)體系對(duì)保護(hù)生命安全還有一定的差距，因此現(xiàn)階段有必要提高全民的防火安全觀(guān)念，提高我國(guó)消防設(shè)施水平。 火災(zāi)做為危害人類(lèi)生存的大敵，越來(lái)越受到人們的重視。一旦發(fā)生火災(zāi)，將對(duì)人的生命財(cái)產(chǎn)造成極大的危害，于是人們開(kāi)始尋求一種早期發(fā)現(xiàn)火災(zāi)的方法，以便控制和撲滅火災(zāi)，減少損失，保障生命安全 ， 火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)就是為了滿(mǎn)足這一需求而研制出來(lái)的，并越來(lái)越受人們所接受，其自身技術(shù)水平 也隨著人們需求的不斷提高，在功能、結(jié)構(gòu)、形式等方面不斷地完善。 隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，人們生活、工作、居住的地方越來(lái)越集中，火災(zāi)的隱患也越來(lái)越大，如何將火災(zāi)造成的損失降低到最低限度成為火災(zāi)報(bào)警技術(shù)研究的重點(diǎn)，其中最有效的辦法就是早期發(fā)現(xiàn)，并在蔓延前將其撲滅，縱觀(guān)一百多年來(lái)，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警技術(shù)主要經(jīng)歷了以下一些發(fā)展階段。 初期階段是用一些簡(jiǎn)單的分立元件構(gòu)成的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，從 19 世紀(jì) 40 年代一直延續(xù)到 20 世紀(jì) 40 年代，這期間感溫探測(cè)器占主導(dǎo)地位，但由于感溫式 火災(zāi)探測(cè)器靈敏度比較 低，探測(cè)火災(zāi)的速度也比較慢，尤其對(duì)陰燃火災(zāi)往往不反應(yīng)，因此，它一直無(wú)法很好的實(shí)現(xiàn)火災(zāi)報(bào)警的功能。 第二階段從 20世紀(jì) 50年代至 70年代，在這期間感煙探測(cè)器得到了很大的發(fā) 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) 展，感溫火災(zāi)探測(cè)器出于次要地位?！跋纫?jiàn)煙后見(jiàn)火”用感煙的方法探測(cè)火災(zāi)使人類(lèi) 在實(shí)現(xiàn)火災(zāi)早期報(bào)警方面邁出了一大步，此時(shí)的系統(tǒng)一般是多線(xiàn)制（ N＋ 1線(xiàn)或更多線(xiàn)），其特點(diǎn)是穩(wěn)定性，可靠性差，布線(xiàn)復(fù)雜，調(diào)試難度大。 這期間的火災(zāi)探測(cè)器設(shè)置了固定閥值的開(kāi)關(guān)量探測(cè)器，控制器有邏輯集成電路、可控硅、繼電器和分立器件構(gòu)成。這種報(bào)警系統(tǒng) 存在著明顯的弊病。首先報(bào)警是由 探測(cè)器控制的，無(wú)論是火情還是 周?chē)h(huán)境的變化，如空氣濕度、溫度變化、氣流大小及氣壓高低等，只要探測(cè)器探測(cè)的信息變化達(dá)到了其設(shè)定的閥值，就發(fā)出報(bào)警，誤報(bào)率高 。其次，探測(cè)器于控制器之間連線(xiàn)繁多，線(xiàn)路出現(xiàn)故障的可能性大，并且安裝和維護(hù)十分困難。 第三階段從 80年代開(kāi)始至今，總線(xiàn)制火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)蓬勃興起，它同以前的產(chǎn)品相比有了很大的飛躍，布線(xiàn)工作顯著減少，安裝調(diào)試變得容易， 降低了安裝和維修費(fèi)用，其 最大優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)單并能精確確定報(bào)警部位，因而得到了較普遍的應(yīng)用。 為了解決多線(xiàn)制報(bào)警系統(tǒng)的諸多弊病，人們對(duì)其進(jìn)行了改進(jìn)。 首先，用計(jì)算機(jī) CPU 做控制器的中央處理器，使原來(lái)的某些硬件電路功能用原件代替，使系統(tǒng)硬件的可靠性得到改善，加上靈巧的程序設(shè)計(jì)，可靠性進(jìn)一步提高。 時(shí)至今日，火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng)隨著各種新工藝、新技術(shù)的涌現(xiàn)而不斷得到發(fā)展，其發(fā)展趨勢(shì)將是有有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)變無(wú)限網(wǎng)絡(luò)，不同的場(chǎng)合應(yīng)用不同的報(bào)警系統(tǒng)，其發(fā)展趨勢(shì)還在于網(wǎng)絡(luò)型火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)將得到大力發(fā)展，并為建立城市自動(dòng)消防通訊指揮系統(tǒng)創(chuàng)造條件。 國(guó)外一些較發(fā)達(dá)的國(guó)家，具有火災(zāi)預(yù)防、報(bào)警、 撲救，善后處理等 比較完善的消防體系。政府每年都要撥出大筆資金用于消防設(shè)施更新、人員培訓(xùn)以及消防設(shè)施維護(hù)。德國(guó)、日本、美國(guó) 等國(guó)家就采用計(jì)算機(jī)與用戶(hù)終端的傳感器或者用戶(hù)終端信號(hào)采集器相連，對(duì)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控以及故障遠(yuǎn)程傳輸。例如，美國(guó)、加拿大、澳大利亞、日本等國(guó)家在建設(shè)和應(yīng)用城市火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)方面均有可供借鑒的成功經(jīng)驗(yàn)。他們將自動(dòng)火災(zāi)報(bào)警作為公共報(bào)警手段 接入公共監(jiān)控系統(tǒng)，并有效運(yùn)行多年，使消防指揮中心能夠快速準(zhǔn)確判斷火災(zāi)地點(diǎn)、火災(zāi) 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) 類(lèi)型、并調(diào)度消防部隊(duì)迅速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，自動(dòng)報(bào)警監(jiān)控系統(tǒng)再此起到了很大的作 用。此外，這些國(guó)家在監(jiān)控系統(tǒng)管理方面比較規(guī)范，專(zhuān)門(mén)成立一個(gè)監(jiān)控服務(wù)機(jī)構(gòu)， 該機(jī)構(gòu)的責(zé)任是保障火災(zāi)報(bào)警數(shù)據(jù)通信通暢，為用戶(hù)服務(wù)，對(duì)用戶(hù)負(fù)責(zé)，同時(shí)向消防部隊(duì)傳送可靠的火災(zāi)消防信息，而消防部門(mén)的主要職責(zé)是對(duì)此類(lèi) 服務(wù) 機(jī)構(gòu) 進(jìn)行資質(zhì)審查及監(jiān)督管理。這種管理運(yùn)作方式已經(jīng)取得了良好的效果。 我國(guó)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)起步較發(fā)達(dá)國(guó)家晚幾十年，從上世紀(jì) 70年代我國(guó)才開(kāi)始研制生產(chǎn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)產(chǎn)品。進(jìn)入 80年代后，國(guó)內(nèi)主要廠(chǎng)家也多是模仿國(guó)外產(chǎn)品，或是引進(jìn)國(guó)外技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)，沒(méi)有真正意義上的核心技術(shù)，并且市 場(chǎng)也剛剛開(kāi)始發(fā)育。 火災(zāi)報(bào)警產(chǎn)品真正發(fā)展是在 90年代以后，隨著政府逐漸開(kāi)放國(guó)門(mén)，國(guó)外企業(yè)開(kāi)始大量進(jìn)入中國(guó)消防市場(chǎng)，帶來(lái)先進(jìn)技術(shù)的同時(shí)也促進(jìn)了市場(chǎng)的成熟。這時(shí)期，我國(guó)生產(chǎn)火災(zāi)報(bào)警產(chǎn)品的企業(yè)也得到了快速發(fā)展，部分企業(yè)進(jìn)行了合資生產(chǎn)、技術(shù)合作，取得了不菲的成績(jī)，也造就了先進(jìn)市場(chǎng)上很多有實(shí)力的商家，部分技術(shù)已接近或趕上了國(guó)際水品。 無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的 發(fā)展情況 隨著近年來(lái)微電子機(jī)械系統(tǒng)、無(wú)線(xiàn)通信、數(shù)字電子等技術(shù)的發(fā)展，對(duì)于無(wú)線(xiàn)火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的研究已在國(guó)內(nèi)外發(fā)展起來(lái)，并走向了實(shí)用化。目前國(guó)外最大的無(wú)線(xiàn)報(bào)警 系統(tǒng)的生產(chǎn)廠(chǎng)家是美國(guó)松柏公司（ ITI公司），該公司成立于 1981年，其生產(chǎn)的產(chǎn)品占全美無(wú)線(xiàn)報(bào)警市場(chǎng)的 90%，該系統(tǒng)既可作為火災(zāi)報(bào)警，也可作為保安系統(tǒng)，兩者兼用，是一種高科技的無(wú)線(xiàn)保安系統(tǒng)。松柏公司創(chuàng)辦人除發(fā)明第一代全監(jiān)控?zé)o線(xiàn)警報(bào)系統(tǒng)外，還于 1983年推出第一代可靠性可與有線(xiàn)系統(tǒng)媲美的無(wú)線(xiàn)報(bào)警系統(tǒng)，此后十多年來(lái)在行業(yè)內(nèi)一直處于領(lǐng)先地位。 目前的第三代技術(shù)屬世界上最先進(jìn)的無(wú)線(xiàn)報(bào)警技術(shù)，而第四代產(chǎn)品亦將于短期內(nèi)陸續(xù)推出。我國(guó)在無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)展方面滯后于國(guó)外，但隨著近年來(lái)無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)部分高校和 生產(chǎn)廠(chǎng)商也開(kāi)始研究無(wú)線(xiàn)技術(shù)在火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用。 課題提出的意義和主要任務(wù) 課題提出的意義 當(dāng)今社會(huì)火災(zāi)頻發(fā)，無(wú)情的吞噬了廣大人民群眾的生命及財(cái)產(chǎn)， 智能 火災(zāi)報(bào) 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) 警及逃生已成為全世界關(guān)注的重點(diǎn)話(huà)題之一，而公共場(chǎng)和樓宇中的火災(zāi)報(bào)警逃生系統(tǒng)又是其中的重中之重。 在我們的日常生活中，電氣短路和人為的疏忽等種種因素都可以引發(fā)火災(zāi)，在做好火災(zāi)防范的同時(shí)，火災(zāi)逃生對(duì)我們而言也同等重要，眾所周知，火災(zāi)致人傷亡的主要因素有以下三點(diǎn)： 火焰高溫，指火焰對(duì)人身的灼傷。 有毒氣體，火災(zāi)產(chǎn)生的有毒氣體包括 co、 co 丁烷等，導(dǎo)致人中毒或窒息身亡。 逃生不當(dāng)，由于不能及時(shí)得到逃生器材和火場(chǎng)中人們慌張的心理，導(dǎo)致逃生不當(dāng)而引發(fā)傷亡。 根據(jù)以上三點(diǎn)可以看出火災(zāi)報(bào)警 系統(tǒng) 和逃生器材的使用成為了減少火災(zāi)造成人員傷亡的重要因素，而現(xiàn)有的火災(zāi) 報(bào)警 逃生系統(tǒng)存在著火災(zāi)逃生用品品種單一且數(shù)量少、火災(zāi)報(bào)警與逃生分離、占 用空間大及逃生用品不方便逃生人員獲取等問(wèn)題。 本設(shè)計(jì) 中 利用 防火耐溫 鋼板焊接技術(shù) 制作 主箱體， 電子元器件 由溫度 傳感器 、煙霧 傳感 器、單片機(jī) 控制的火災(zāi)報(bào)警電路 、 電磁鐵 、報(bào)警燈、揚(yáng)聲器組成 ， 具備火 災(zāi) 監(jiān)控、報(bào)警、提供逃生器材等 功能，將火災(zāi)逃生器材和報(bào)警系統(tǒng)有機(jī)的結(jié)合在一起。同時(shí)，本設(shè)計(jì) 取材普通、 成本較低，人性化的 外形 設(shè)計(jì)既節(jié)省了空間，又方便了客戶(hù)對(duì)產(chǎn)品 的 搬運(yùn) 、使用、及維修 。 同時(shí)， 現(xiàn)有的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，多采用有線(xiàn)技術(shù)進(jìn)行火災(zāi)傳感器網(wǎng)絡(luò)的組建。這類(lèi)方案的特點(diǎn)是擴(kuò)展性能差，布線(xiàn)繁瑣，影響美觀(guān)。由于采用硬線(xiàn)連接，線(xiàn)路容易老化或遭到腐蝕、鼠咬、磨損，故障發(fā)生率較高，誤報(bào)警率高，難以實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)控制。 基于以上原因， 本設(shè)計(jì)提出 基于 ZigBee 技術(shù)的 WSN智能火災(zāi)報(bào)警逃生系統(tǒng)， 將無(wú)線(xiàn)射頻芯片與單片機(jī) 相結(jié)合 ,火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)與監(jiān)控指揮中心相聯(lián)動(dòng) ,報(bào)警設(shè)備和逃 生裝置相統(tǒng)一，可以實(shí)現(xiàn)火災(zāi)信號(hào)的探測(cè)、報(bào)警以及聯(lián)動(dòng)指揮和人員逃生。 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的、意義（有個(gè)切入點(diǎn)，為什么做這個(gè)課題，比如說(shuō)中國(guó)現(xiàn)在這方面不夠好，所以。 ） 我國(guó)許多工廠(chǎng)沒(méi)用，加個(gè)較貴，旨在設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單的機(jī)械手，價(jià)格便宜，能 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) 滿(mǎn)足基本要求。 本設(shè)計(jì)的主要任務(wù) （ 1） 完成機(jī)械手整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，包括底座、腰部、臂部和爪部的設(shè)計(jì)； （ 2） 完成對(duì) 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 的設(shè)計(jì)和 元件的 選型 ； （ 3） 完成 CAD圖的繪制，并將爪部的實(shí)物做出來(lái)， 進(jìn)行組裝調(diào)試，使其能滿(mǎn)足夾持工件的要求 ； （ 4） 將整體結(jié)構(gòu)的三維圖做出來(lái)， 并完成機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真。 本章小結(jié) 本章簡(jiǎn)要介紹了火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)基本概念及其在 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，設(shè)定了本畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)和目標(biāo)，為以后的工作奠定了一定的基礎(chǔ)。 第 2 章 樓宇智能 火災(zāi)報(bào)警 逃生系統(tǒng) 總體方案設(shè)計(jì) 火災(zāi)報(bào)警逃生系統(tǒng)的系統(tǒng)工作原理 本系統(tǒng)將無(wú)線(xiàn)射頻芯片與單片機(jī) 相結(jié)合、火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)與監(jiān)控指揮中心相聯(lián)動(dòng)、報(bào)警設(shè)備和逃生裝置相統(tǒng)一，可以實(shí)現(xiàn)火災(zāi)信號(hào)的探測(cè)、 火災(zāi) 報(bào)警以及聯(lián)動(dòng)指揮和 火場(chǎng) 人員逃生。我們擬采用 ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的射頻芯片 CC2500和 STC89LE516AD單片機(jī)作為無(wú)線(xiàn)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的核心 ；利用 STC89S51 單片機(jī) 作為智能火災(zāi)報(bào)警逃生箱核心控制器。 圖 — 1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 1所示。無(wú)線(xiàn)傳感器將探測(cè)到的火災(zāi)信號(hào)通過(guò) ZigBee無(wú)線(xiàn)通信方式發(fā)送至數(shù)據(jù)集中器；數(shù)據(jù)集中器將收集的數(shù)據(jù)送至火災(zāi)監(jiān)控中心，再由火災(zāi)監(jiān)控中心對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理和統(tǒng)計(jì)評(píng)估。火災(zāi)信號(hào)判斷的原則不報(bào)警器和逃生箱 無(wú)線(xiàn)傳感器 1 無(wú)線(xiàn)傳感器 n … ZigBee ZigBee 數(shù)據(jù)集中器 監(jiān)控與指揮平臺(tái) 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) 是簡(jiǎn)單的非準(zhǔn)則，而需要同時(shí)考慮其他多種因素。根據(jù)預(yù)先設(shè)定的有關(guān)規(guī)則，將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)膱?bào)警動(dòng)作指標(biāo)。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) 第 3 章火災(zāi)報(bào)警逃生箱的設(shè)計(jì) 原理 火災(zāi)報(bào)警逃生箱的設(shè)計(jì)理念 火災(zāi)報(bào)警逃生箱的工作原理 圖 31 左右旋絲杠平移型夾持器 如圖 31 所示，為產(chǎn)品工作原理圖， 本產(chǎn)品中的溫度、煙霧傳感器在平時(shí)保持對(duì) 所在場(chǎng)所的 火 災(zāi) 監(jiān)控，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，溫度和煙霧濃度達(dá)到傳感器報(bào)警臨界值，由傳感器將信號(hào)傳給單片機(jī)，單片機(jī) 執(zhí)行的程序中產(chǎn)生中斷 ，由單片機(jī)控制電路通電，使得電磁鐵通電 并吸起鎖頭 ， 打開(kāi)鎖緊裝置， 隨后 由 箱體彈開(kāi)裝