【文章內(nèi)容簡介】 Bee網(wǎng)絡(luò)層上。其中包括： 安全與鑒權(quán)、多個業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流 的匯聚、設(shè)備發(fā)現(xiàn)及業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)。 （ 2）網(wǎng)絡(luò)安全層：由 ZigBee 聯(lián)盟制定，網(wǎng)絡(luò)層主要實現(xiàn)節(jié)點加入或離開網(wǎng)絡(luò)、接受或拋棄其他節(jié)點、路由查找及傳輸數(shù)據(jù)等功能，支持多種路由算法， 支持星形、樹形、網(wǎng)絡(luò)等多種擴撲結(jié)構(gòu)確保 MAC 層的正確操作，提供合適的鏈接應(yīng)用層得接口。 （ 3）媒體訪問控制層 遵循 協(xié)議：負責(zé)設(shè)備間無線數(shù)據(jù)鏈路的建立、維護和結(jié)束；確認模式的數(shù)據(jù)傳送和接受；可選時隙，實現(xiàn)低延遲 傳輸；支持各種網(wǎng)絡(luò)擴撲結(jié)構(gòu)。 （ 4） 物理層 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 頁 868915MHz 物理層兩個物理層標(biāo)準，兩個物理層都基于 DSSS，使用相同的物理層數(shù)據(jù)包格式，區(qū)別在于工作頻率、調(diào)制技術(shù)、擴頻碼片長度和傳輸速率的不同。 總之， ZigBee所具有的功耗低、傳輸可靠、無需布線、低成本的特點使得 ZigBee非常適用于商務(wù)大廈及家庭防火報警系統(tǒng)中， ZigBee系統(tǒng)的全球聯(lián)網(wǎng)，使得整個防火系統(tǒng)的后續(xù)升級及防火聯(lián)動有了保障。 本系統(tǒng)采用 ZigBee標(biāo)準的射 頻芯片 CC2500和 STC89LE516AD單片機作為無線火災(zāi)報警系統(tǒng)的主控 MCU；利用 STC89S51單片機 作為智能火災(zāi)報警逃生箱核心控制器。因現(xiàn)有的火災(zāi)報警系統(tǒng)，多采用有線技術(shù)進行消防傳感器網(wǎng)絡(luò)的組建。這類方案的特點是擴展性能差，布線繁瑣，影響美觀。由于采用硬線連接，線路容易老化或遭到腐蝕、鼠咬、磨損，故障發(fā)生率較高，誤報警率高，難以實現(xiàn)聯(lián)動控制。無線的方式則比較靈活，避免了重新布線的麻煩，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的基礎(chǔ)設(shè)施不再需要掩埋在地下或隱藏在墻里，無線網(wǎng)絡(luò)可以適應(yīng)移動或變化的需要。 由于火災(zāi)報警系統(tǒng)的性能直接關(guān)系 到人類的生命和財產(chǎn)安全，因此對火災(zāi)報警系統(tǒng)有一些嚴格的要求。系統(tǒng)需要可靠、穩(wěn)定地運行，一旦發(fā)生火警，應(yīng)能立即上報，并且應(yīng)盡量減少誤報和漏報。根據(jù)國家相關(guān)標(biāo)準，火災(zāi)報警器應(yīng)能實時感知環(huán)境的參數(shù)變化并且報火警的延時不應(yīng)該超過 10秒，火災(zāi)報警網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具有故障修復(fù)功能以保證網(wǎng)絡(luò)正常運行。對于大規(guī)模建筑而言，構(gòu)建一個火災(zāi)報警系統(tǒng)有可能需要成千上萬個傳感器節(jié)點，而且各個探測器節(jié)點通常是由電池供電。因此除了要求系統(tǒng)具有較好的可靠性，穩(wěn)定性和實時性外，我們還希望火災(zāi)報警器的成本較低，方便我們大規(guī)模地在樓宇內(nèi)布置節(jié)點。此外系統(tǒng) 應(yīng)做到盡可能的節(jié)能，以便系統(tǒng)長時間運行，避免頻繁更換電池給用戶帶來的麻煩。在選擇組建無線火災(zāi)報警網(wǎng)絡(luò)的無線技術(shù)時，必須考慮到火災(zāi)報警系統(tǒng)的這些需求。主要包括以下幾個方面 : （ 1）火災(zāi)報警和聯(lián)動控制 當(dāng)探測區(qū)域發(fā)生警情時，探測節(jié)點能夠及時將預(yù)警、火警信號報告給中心火警控制器，火災(zāi)控制器收到火警信息后能夠立刻啟動火災(zāi)現(xiàn)場的消防控制設(shè)備，例如。。。。。。。。。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 頁 對其進行消防聯(lián)動控制。 （ 2）網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)實 時監(jiān)測 由于回路是一個無線網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點有可能出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障問題，為了保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性，系統(tǒng)應(yīng)能實時監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點的工作狀態(tài)，一旦出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，應(yīng)能及時發(fā)現(xiàn)并進行修復(fù)。 （ 3）節(jié)點信息登記和地理位置關(guān)聯(lián) 系統(tǒng)對節(jié)點的加入和退出進行管理。新建網(wǎng)絡(luò)時，系統(tǒng)應(yīng)記錄下網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點的類型和地址，并對各個節(jié)點進行地理信息關(guān)聯(lián)，以便系統(tǒng)對單一節(jié)點進行操作，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常時準確判斷異常節(jié)點所處的位置。 采用無線傳輸方式構(gòu)建的無線火災(zāi)傳感器網(wǎng)絡(luò)雖然可以避免現(xiàn)有的火災(zāi)報警系統(tǒng)的各種問題，但無線通信技術(shù)在火災(zāi)監(jiān)控領(lǐng)域的應(yīng)用相對還是很 少。這主要是因為之前沒有一項無線通信技術(shù)適合在火災(zāi)監(jiān)控領(lǐng)域進行廣泛的推廣，而且一些無線通信產(chǎn)品的價格偏高，導(dǎo)致無線通信技術(shù)在火災(zāi)監(jiān)控中的應(yīng)用停滯不前。隨著近年來人類在微電子機械系統(tǒng)、無線通信、數(shù)字電子方面取得的巨大成就，使得發(fā)展低成本、低功耗、小體積、短距離通信的多功能傳感器成為可能。 ZigBee技術(shù)的出現(xiàn)就解決了這些問題。使用無線 ZigBee 傳感器網(wǎng)絡(luò)，可以大大提高火災(zāi)報警系統(tǒng)的可靠性。正是由于 ZigBee技術(shù)具有功耗極低、系統(tǒng)簡單、組網(wǎng)方式靈活、成本低、等待時間短等性能，相對于其他無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它更適合 組建較大范圍的無線火災(zāi)報警逃生系統(tǒng)。 報警器和逃生箱 無線傳感器 1 無線傳感器 n … ZigBee ZigBee 數(shù)據(jù)集中器 監(jiān)控與指揮平臺 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 頁 圖 5— 1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖 1所示。無線傳感器將探測到的火災(zāi)信號通過 ZigBee無線通信方式發(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)控中心對這些數(shù)據(jù)進行計算處理和統(tǒng)計評估?；馂?zāi)信號判斷的原則不是簡單的非準則，而需要同時考慮其他多種因素。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)膱缶瘎幼髦笜?biāo)。 從網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)上分析， ZigBee火災(zāi)報警系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)集中器是 ZigBee網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器；數(shù)據(jù)集中點是路由節(jié)點；無線傳感器是終端設(shè)備，根據(jù)傳感器安置的位置，也可設(shè)為路由節(jié)點。一個 ZigBee 網(wǎng)絡(luò)最多支持 65 535 個節(jié)點，完全可以滿足需要。 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)主要由數(shù)據(jù)采集端和數(shù)據(jù)接收端構(gòu)成。數(shù)據(jù)采集端由傳感器、MCU和無線收發(fā)芯片等組成。 MCU與無線收發(fā)芯片通過 SPI總線連接，二者構(gòu)成無線傳輸模塊。數(shù)據(jù)接收端使用相同的無線收發(fā)模塊，并利用 RS232異步串口與 PC機通信。其功能相當(dāng)于一個接入點，一方面將主機向數(shù)據(jù)采集端發(fā)送的控制信號以無 線的方式發(fā)射出去，另一方面接收采集數(shù)據(jù)并上傳給主機。 無線火災(zāi)報警網(wǎng)絡(luò)的硬件結(jié)構(gòu) 圖 5— 2系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 STC89LE516AD CC2500 CC2500 STC89LE516AD 傳感器 PC 逃生箱 報警器 RS232 ROM SPI SPI 數(shù)據(jù)采集端 數(shù)據(jù)接收端 監(jiān)控與指揮平臺 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 頁 主控 MCU是 STC89LE516AD 單片機，為 51 內(nèi)核增強型 8位單片機，與 Intel MCS51系列單片機完全兼容。 STC89LE516AD有豐富的片上存儲功能，具有 64 KB Flash和 512字節(jié) RAM。單片機自身固化有 ISP 程序，通過串口下載程序。 CC2500是一款低成本、低功耗、高性能的無線收發(fā)芯片。其工作頻段為 GHz的 ISM頻段；具有良好的無線接收靈敏度和強大的抗干擾能力；在休眠模式時僅 μ A的流耗，外部中斷或 RTC能喚醒系統(tǒng)；在待機模式時少于 μ A的流耗，外部中斷能喚醒系統(tǒng) 。硬件支持 CSMA/CA功能；電壓為 ~ V；在傳輸模式下，當(dāng)輸出功率為 12 dBm 時，電流消耗為 12 mA。 CC2500的接收器敏感度為 101 dBm（在 10 kbps時）；數(shù)據(jù)速率可在 kbps~500 kbps 之間變化；帶有 2個強大的支持幾組協(xié)議的 USART， 以及 1個 MAC計時器、 1個常規(guī)的 16位計時器和 2個 8位計時器。 第六章 火災(zāi) 監(jiān)控 及聯(lián)動 系統(tǒng) 的設(shè)計 考慮到商務(wù)大廈的實際情況，特采用集散型防火防盜監(jiān)控系統(tǒng)，即將整個監(jiān)控區(qū)域劃分成多個獨立的子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)控制商業(yè)大廈的一層樓，分別都采用一個控制器進行控制，用以完成本子系統(tǒng)的現(xiàn)場火情探測、火災(zāi)報警任務(wù)。在商業(yè)大廈的報警中心設(shè)置一個中央控制器，用以完成對各層控制器之間的協(xié)調(diào)，監(jiān)視和指揮各層控制器的工作情況，根據(jù)實際情況遠程控制子系統(tǒng)中的防火防盜報警器、火災(zāi)逃生設(shè)備及消防設(shè)備。本設(shè)計中監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計理念即集中管理、分散控制，以下為本設(shè)計監(jiān) 控系統(tǒng)的組成框圖 6— 1。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 頁 圖 6— 1 為了提供可視化的操作，實現(xiàn)遠程監(jiān)控，選擇 MICROSOFT VISUAL 設(shè)計了上 位主機監(jiān)控界面。 MICROSOFT VISUAL 中提供了大量的 控制元器件和對象，對象的事件處理能力足夠滿足設(shè)備的要求。 主機通過 RS232 串口通過 RS232/TTL電瓶轉(zhuǎn)換，與 ZigBee網(wǎng)絡(luò) master節(jié)點進行通信 ， MICROSOFT VISUAL 中 MSCOMM 通信控制元件提供了標(biāo)準的事件處理函數(shù)和過程，并可以通過屬性的設(shè)置或者編程的方法設(shè)置串口的參數(shù)。監(jiān)控主機界面的主要功能如下。 （ 1） 動態(tài)的提醒 和顯示出現(xiàn)火災(zāi)或者疑似火災(zāi)的地點，并以數(shù)據(jù)庫的形式將其發(fā)生時間日期、地點、處理情況等信息保存下來。 （ 2）發(fā)送 client 節(jié)點查詢命令，以檢查 client節(jié)點 是否 在 正常工作；可以根據(jù)需要，在界面里配置各常用串口參數(shù)。 (3)顯示和提供人性 化的操作方式，提供對數(shù)據(jù)庫的各種操作，包括生成和打印報表等。 火災(zāi)報警的聯(lián)動控制系統(tǒng) 本設(shè)計中的聯(lián)動系統(tǒng)主要指在火災(zāi)發(fā)生時，由主控制室控制消防設(shè)備實現(xiàn)其功能，消防設(shè)備主要包括滅火門、消防廣播、消防泵、噴淋泵等，在報警中心的控制器與消防聯(lián)動設(shè)備之間加入輸入、輸出模塊，輸出模塊的工作原理是當(dāng)其接到來自控制器的動作指令后，由其常開或常閉觸點來控制消防設(shè)備，輸入模塊的工作原理是當(dāng)設(shè)備產(chǎn)生報警動作時，微處理器控制的電子部件把觸點信號通過探測總線傳輸?shù)娇刂破??？刂破鲌缶?，模塊內(nèi)部電子部件中的發(fā)光二極管閃亮以顯示 報警狀態(tài)，再由控制器給出相應(yīng)的信號去聯(lián)動消防設(shè)備。以下為本系統(tǒng)中火災(zāi)報警及聯(lián)動控制系統(tǒng)框圖 6— 2。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 頁 參考文獻 姜繼海等主編液壓與氣壓傳動北京 .高等教育出版社 （第二版） 附錄 源程序 include include include define EPAGE_LOW_BOUND 0x400u define EPAGE_HIGH_BOUND 0x7ffu 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 頁 define DPAGE_LOW_BOUND 0x7000u define DPAGE_HIGH_BOUND 0x7fffu define PPAGE_LOW_BOUND (DPAGE_HIGH_BOUND+1) define PPAGE_HIGH_BOUND 0xBFFFu define REGISTER_BASE 0x0u ifndef DPAGE_ADDR define DPAGE_ADDR (0x34u+REGISTER_BASE) endif ifndef EPAGE_ADDR define EPAGE_ADDR (0x36u+REGISTER_BASE) endif if defined(__DPAGE__) ifdef __cplusplus extern C endif pragma NO_ENTRY pragma NO_EXIT pragma NO_FRAME static void NEAR _GET_PAGE_REG(void) { /*lint esym(528, _GET_PAGE_REG) used in asm code */ __asm { L_DPAGE: CPY DPAGE_LOW_BOUND 。// test of lower bound of DPAGE if defined(__EPAGE__) BLO L_EPAGE 。// EPAGE accesses are possible else BLO L_NOPAGE 。// no paged memory below accesses endif CPY DPAGE_HIGH_BOUND 。// test of higher bound DPAGE/lower bound PPAGE if defined(__PPAGE__) BHI L_PPAGE 。// EPAGE accesses are possible else BHI L_NOPAGE 。// no paged memory above accesses endif FOUND_DPAGE: LDX DPAGE_ADDR 。// lo