【正文】 線傳感器 1 無(wú)線傳感器 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。 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)裝置將活動(dòng) 箱體打開(kāi)。 32 箱體展開(kāi)結(jié)構(gòu)圖 33 火災(zāi)報(bào)警逃生箱的選材 本產(chǎn)品主箱體采用 防火耐溫鋼板，活動(dòng)箱體用活頁(yè)連接，箱體彈開(kāi)裝置由三根相互成梯形的鐵管組成，鐵管內(nèi)部裝有彈簧，活動(dòng)箱體采用減速?gòu)椈勺鳛闇p速裝置。 第 4 章火災(zāi)報(bào)警逃生箱的結(jié)構(gòu)分析 41主箱體 本產(chǎn)品的主箱體由 鋼板焊接而成，主要分為不動(dòng)箱體、正面活動(dòng)箱體、側(cè)面活動(dòng)箱體。本產(chǎn)品的體積和長(zhǎng)度在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到人體的高度以及 產(chǎn)品 的擺放空間，方 便了 火 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) 災(zāi) 逃生人員拿逃生 器材 ，同時(shí)在日?；馂?zāi)監(jiān)控中不妨礙用戶的工作與生活。 為保證活動(dòng)箱體在下落過(guò)程中不會(huì)與電子元器件盒底部發(fā)生摩擦，特作了箱體下落軌跡測(cè)試實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在電子元器件盒底部與活動(dòng)箱體頂部留有 2mm 間隙，將有效的避免摩擦。本產(chǎn)品在對(duì)逃生用品的擺放上充分考慮了逃生用品的用途以及其擺放空間。 圖 41 箱體閉合結(jié)構(gòu)圖 42電子元器件盒 本產(chǎn)品的電子元件盒外部 的 的 防火耐溫 鋼板焊接而成，電子元件盒的底 部裝有鎖孔，平時(shí)用鎖鎖住，維修時(shí)電 子元器件 盒上部可打開(kāi)，置于產(chǎn)品上部的電子元件盒既方便了維修人員檢修又有效的防止了人為破壞。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) 圖 42電路工作原理圖 如圖 42，為電路工作原理圖，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，溫度傳感器 AD590 在輸出端VT獲得與火災(zāi)中絕對(duì)溫度成正比的電壓量，此電壓量輸入到數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809的 IN0引腳，另外由于火災(zāi)中氣體煙霧主要是 CO2和 CO，為增加電路可靠性，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)， TGS202 氣體傳感器能探測(cè) CO2， CO 使傳感器的內(nèi)阻變小 ， VA 迅速上升，同樣 VA端電壓輸入數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片 ADC0809 的 IN1引腳， ADC0809 的通道選擇地址 A， B， C分別由 89C51的 P0． 0～ P0． 2經(jīng)地址鎖存器 74LS373 輸出提供。圖中 ALE信號(hào)與 ST信號(hào)連在一起，在 WR信號(hào)的前沿寫(xiě)入地址信號(hào)，在其后沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。在中斷服務(wù)程序中，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)送到指定的存儲(chǔ)單元。轉(zhuǎn)換之后的數(shù)字量傳給單片機(jī)，單片機(jī)程序檢測(cè)出該電壓值已達(dá)到報(bào)警要求，于是 和 輸出高電平， D1導(dǎo)通，比例電磁鐵得電并吸起箱體蓋的開(kāi)關(guān)，使箱體蓋打開(kāi)，而 的高電平使三極管導(dǎo)通，使得復(fù)合型聲光報(bào)警器兩邊接在了 12V 電源上，開(kāi)始工作發(fā)出報(bào)警聲和報(bào)警燈光。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) 43電子元器件電路圖 本產(chǎn)品的箱體彈開(kāi)裝置置于電子元件盒的下方，由三根呈 T 型外形的鐵管組成，鐵管內(nèi)部裝有彈簧。為使彈簧的彈力剛好能打開(kāi)箱體，又不會(huì)因?yàn)榱^(guò)大而砸傷人，經(jīng)過(guò)反復(fù)的壓力彈簧設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，選擇了 簧絲直徑 ,外徑 22mm ,總?cè)?shù) 圈的彈簧。 圖 44箱體彈開(kāi)裝置 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) 箱體鎖緊裝置 本產(chǎn)品的鎖緊裝置將由電器元器件盒內(nèi)的電磁鐵和活動(dòng)箱體頂部的鎖孔組成，鎖緊裝置共有 3 個(gè)電磁鐵，分別鎖緊 3 個(gè)活動(dòng)箱體，電池閥的鎖頭在電池元件盒底部伸出，申入至活動(dòng)箱體頂部的鎖孔將活動(dòng)箱體鎖住。如圖 45，為箱體鎖緊裝置平面圖。 本產(chǎn)品中除了單片機(jī)外的元器件都統(tǒng)一由 12V的電池組電源供電，主要考慮到系統(tǒng)中大多數(shù)電器元件的額定電壓都是 12V，使用統(tǒng)一的電源可以簡(jiǎn)化電路，以免因 為使用過(guò)多電源而降低系統(tǒng)的可靠性。且其儲(chǔ)存電量大，足夠整個(gè)系統(tǒng)使用一年左右，而本產(chǎn)品的檢修期為半年，可靠性高，保證出現(xiàn)火情時(shí)有足夠的電量來(lái)驅(qū)動(dòng)報(bào)警燈和電磁閥動(dòng)作。 2 產(chǎn)品的運(yùn)動(dòng)分析 1電磁鐵的選型 本產(chǎn)品的鎖緊裝置采用了電磁鐵 ，為此，我團(tuán)隊(duì)考慮到活動(dòng)箱體的重量、內(nèi)部火災(zāi)逃生用品的重量及減速?gòu)椈傻膹椓?，特進(jìn)行了對(duì)電磁鐵吸力的測(cè)試，測(cè)試表明電磁鐵的吸力在伸縮量為 5mm為 10N，為保障可靠性，特選用型號(hào)為T(mén)AU/HCNE11564的電磁鐵，其參數(shù)如下表所示 。其運(yùn)動(dòng)路線圖及運(yùn)動(dòng)軌跡圖如下 。主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)為以下幾個(gè)方面： 本產(chǎn)品既可提供火場(chǎng)逃生用品，又兼具火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及監(jiān)控功能，將火災(zāi)監(jiān)控、報(bào)警及逃生有機(jī)的結(jié)合在一起。 箱體底部裝有減速?gòu)椈?，彈簧的彈性選擇恰當(dāng)，減速?gòu)椈稍谙潴w內(nèi)布局合理，起到緩沖活動(dòng)箱體下落的作用。 通過(guò)單片機(jī)控制火災(zāi)報(bào)警、監(jiān)控、及電磁閥打開(kāi)裝置，使得本產(chǎn)品功能齊全，節(jié)省空間，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化。 箱體底部可以裝萬(wàn)向輪，使得本產(chǎn)品搬運(yùn)方便。 產(chǎn) 品可做成單體模塊，四周加凹槽，由客戶根據(jù)需求自行選配。以下將逐一分析： 技術(shù)成本：本產(chǎn)品的技術(shù)是在現(xiàn)有火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)上進(jìn)行創(chuàng)新，添加了電磁閥動(dòng)作部分使箱體打開(kāi)，成本較低。硬件電路所用元器件都是常用器件，接線簡(jiǎn)單，最后將 所有電路焊在實(shí)驗(yàn)板上，成本也較低。所以維護(hù)成本低。 產(chǎn)品的推廣應(yīng)用價(jià)值 本產(chǎn)品集成了火災(zāi)監(jiān)控、報(bào)警及提供逃生用品等功能，功能齊全，用戶在使用全新產(chǎn)品的同時(shí)，大大減少了使用成本。 本產(chǎn)品外 觀簡(jiǎn)潔、節(jié)約空間，便于放置且使用簡(jiǎn)單。 第五章基于 ZigBee技術(shù)的 樓宇 無(wú)線防火網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì) 技術(shù)的簡(jiǎn)介 ZigBee 技術(shù)是 近期發(fā)展起來(lái)的一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無(wú)線通信技術(shù)，它是一種介于無(wú)線標(biāo)記技術(shù)和藍(lán)牙之間的技術(shù)提案，主要用于近距離無(wú)線連接。 定義了兩個(gè)底層，即物理層 和媒體接入控制 (MediaAccess Control， MAC)層 。 ZigBee 聯(lián)盟成立于 2022 年 8 月，該聯(lián)盟由Invensys、三菱、摩托羅拉、飛利浦等公司組 成，如今已經(jīng)吸引了上百家 芯片 公司、無(wú)線設(shè)備公司和開(kāi)發(fā)商的加入，其目標(biāo)市場(chǎng)是工業(yè)、家庭以及醫(yī)學(xué)等需要低功耗、低成本、對(duì)數(shù)據(jù)速率和 QoS(服務(wù)質(zhì)量 )要求不高的無(wú)線通信應(yīng)用場(chǎng)合。 技術(shù) 在本設(shè)計(jì)中的特點(diǎn) 功耗 低： 工作模式情況下， ZigBee 技術(shù)傳輸速度 低，傳輸數(shù)據(jù)量很小，因此信號(hào)的收發(fā)時(shí)間很短，在非工作模式時(shí)， ZigBee 節(jié)點(diǎn) 出于休眠模式設(shè)備搜索時(shí)延一般為 30ms，休眠激活時(shí)延為 15ms，活動(dòng)設(shè)備信道接入時(shí)延為 15ms。 ZigBee省電的特點(diǎn)延長(zhǎng)了火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的維修時(shí)間。 成本低： ZigBee 協(xié)議簡(jiǎn)單且所需的存儲(chǔ)空間小，這極大降低了 ZigBee的成本，每塊芯片的價(jià)格僅 2美元，而且 ZigBee協(xié)議是免專(zhuān)利費(fèi)的。 技術(shù) 的協(xié)議 （ 1）應(yīng)用層：主要有 與網(wǎng)絡(luò)層連接的 APS、 ZigBee設(shè)備對(duì)象、裝置應(yīng)用行規(guī)，主要負(fù)責(zé)把不同的應(yīng)用映射到 ZigBee網(wǎng)絡(luò)層上。 （ 2）網(wǎng)絡(luò)安全層：由 ZigBee 聯(lián)盟制定，網(wǎng)絡(luò)層主要實(shí)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)加入或離開(kāi)網(wǎng)絡(luò)、接受或拋棄其他節(jié)點(diǎn)、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(shù)形、網(wǎng)絡(luò)等多種擴(kuò)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。 （ 4） 物理層 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) 868915MHz 物理層兩個(gè)物理層標(biāo)準(zhǔn)，兩個(gè)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(kuò)頻碼片長(zhǎng)度和傳輸速率的不同。 本系統(tǒng)采用 ZigBee標(biāo)準(zhǔn)的射 頻芯片 CC2500和 STC89LE516AD單片機(jī)作為無(wú)線火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的主控 MCU；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。這類(lèi)方案的特點(diǎn)是擴(kuò)展性能差，布線繁瑣，影響美觀。無(wú)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(wú)線網(wǎng)絡(luò)可以適應(yīng)移動(dòng)或變化的需要。系統(tǒng)需要可靠、穩(wěn)定地運(yùn)行，一旦發(fā)生火警，應(yīng)能立即上報(bào)，并且應(yīng)盡量減少誤報(bào)和漏報(bào)。對(duì)于大規(guī)模建筑而言，構(gòu)建一個(gè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)有可能需要成千上萬(wàn)個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，而且各個(gè)探測(cè)器節(jié)點(diǎn)通常是由電池供電。此外系統(tǒng) 應(yīng)做到盡可能的節(jié)能，以便系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，避免頻繁更換電池給用戶帶來(lái)的麻煩。主要包括以下幾個(gè)方面 : （ 1）火災(zāi)報(bào)警和聯(lián)動(dòng)控制 當(dāng)探測(cè)區(qū)域發(fā)生警情時(shí)，探測(cè)節(jié)點(diǎn)能夠及時(shí)將預(yù)警、火警信號(hào)報(bào)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(dòng)火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)的消防控制設(shè)備，例如。 （ 2）網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)實(shí) 時(shí)監(jiān)測(cè) 由于回路是一個(gè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)有可能出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障問(wèn)題，為了保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性，系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)時(shí)監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的工作狀態(tài)，一旦出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)故障，應(yīng)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行修復(fù)。新建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)記錄下網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的類(lèi)型和地址，并對(duì)各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行地理信息關(guān)聯(lián)，以便系統(tǒng)對(duì)單一節(jié)點(diǎn)進(jìn)行操作，網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常時(shí)準(zhǔn)確判斷異常節(jié)點(diǎn)所處的位置。這主要是因?yàn)橹皼](méi)有一項(xiàng)無(wú)線通信技術(shù)適合在火災(zāi)監(jiān)控領(lǐng)域進(jìn)行廣泛的推廣，而且一些無(wú)線通信產(chǎn)品的價(jià)格偏高，導(dǎo)致無(wú)線通信技術(shù)在火災(zāi)監(jiān)控中的應(yīng)用停滯不前。 ZigBee技術(shù)的出現(xiàn)就解決了這些問(wèn)題。正是由于 ZigBee技術(shù)具有功耗極低、系統(tǒng)簡(jiǎn)單、組網(wǎng)方式靈活、成本低、等待時(shí)間短等性能，相對(duì)于其他無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，它更適合 組建較大范圍的無(wú)線火災(zāi)報(bào)警逃生系統(tǒng)。無(wú)線傳感器將探測(cè)到的火災(zāi)信號(hào)通過(guò) ZigBee無(wú)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(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理和統(tǒng)計(jì)評(píng)估。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)。一個(gè) ZigBee 網(wǎng)絡(luò)最多支持 65 535 個(gè)節(jié)點(diǎn)，完全可以滿足需要。數(shù)據(jù)采集端由傳感器、MCU和無(wú)線收發(fā)芯片等組成。數(shù)據(jù)接收端使用相同的無(wú)線收發(fā)模塊，并利用 RS232異步串口與 PC機(jī)通信。 無(wú)線火災(zāi)報(bào)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(bào)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(tái) 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) 主控 MCU是 STC89LE516AD 單片機(jī)，為 51 內(nèi)核增強(qiáng)型 8位單片機(jī)，與 Intel MCS51系列單片機(jī)完全兼容。單片機(jī)自身固化有 ISP 程序，通過(guò)串口下載程序。其工作頻段為 GHz的 ISM頻段；具有良好的無(wú)線接收靈敏度和強(qiáng)大的抗干擾能力；在休眠模式時(shí)僅 μ A的流耗，外部中斷或 RTC能喚醒系統(tǒng)；在待機(jī)模式時(shí)少于 μ A的流耗，外部中斷能喚醒系統(tǒng) 。 CC2500的接收器敏感度為 101 dBm（在 10 kbps時(shí)）；數(shù)據(jù)速率可在 kbps~500 kbps 之間變化；帶有 2個(gè)強(qiáng)大的支持幾組協(xié)議的 USART， 以及 1個(gè) MAC計(jì)時(shí)器、 1個(gè)常規(guī)的 16位計(jì)時(shí)器和 2個(gè) 8位計(jì)時(shí)器。在商業(yè)大廈的報(bào)警中心設(shè)置一個(gè)中央控制器，用以完成對(duì)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(shí)際情況遠(yuǎn)程控制子系統(tǒng)中的防火防盜報(bào)警器、火災(zāi)逃生設(shè)備及消防設(shè)備。 東北大學(xué)秦皇島分校畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè) 圖 6— 1 為了提供可視化的操作，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，選擇 MICROSOFT VISUAL 設(shè)計(jì)了上 位主機(jī)監(jiān)控界面。 主機(jī)通過(guò) RS232 串口通過(guò) RS232/TTL電瓶轉(zhuǎn)換，與 ZigBee網(wǎng)絡(luò) master節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信 ， MICROSOFT VISUAL 中 MSCOMM 通信控制元件提供了標(biāo)準(zhǔn)的事件處理函數(shù)和過(guò)程，并可以通過(guò)屬性的設(shè)置或者編程的方法設(shè)置串口的參數(shù)。 （