基于ZigBee的智能火灾报警系统设计

论文摘要

由于火灾探测信号的复杂性、多变性和不确定性以及传统火灾报警系统存在的一些缺陷,误报、漏报现象十分普遍,越来越受到人们的关注。火灾报警系统智能化、无线化是国内外火灾探测报警领域最受关注的两个研究方向。在本课题中,主要的研究内容有:1、分析了国内外无线传感器网络研究与应用情况,选择了适用于火灾报警系统的ZigBee无线传感器网络,研究了ZigBee无线传感器网络的特点、网络结构、硬件平台、TI公司Z-stack协议栈及开发方法。2、对信息融合技术、人工神经网络技术、模糊逻辑进行在智能火灾报警方面的应用进行了较为深入研究,建立了基于神经网络和模糊逻辑的火灾信息融合系统。3、设计了基于ZigBee的智能火灾报警系统。该系统针对火灾探测复杂的、非结构的对象,以温度、烟雾和CO浓度为检测参数,采用了数据融合思想,用前馈BP神经网络作融合系统特征层,用模糊逻辑推理作决策层判决火灾或非火灾;将ZigBee应用于火灾报警系统,选用MSP430+CC2420方案设计的ZigBee节点,利用TI公司的Z-stack协议栈;结合ZigBee网络节点能量受限的特殊要求,采取相应信息融合策略,在监控主机与探测节点间合理分配信息融合层次,保证了在提高系统报警可靠性的条件下,提高网络寿命。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的与意义
• 1.2 国内外火灾报警研究概况
• 1.2.1 火灾报警系统网络化发展过程
• 1.2.2 火灾报警系统多传感器智能化趋势
• 1.2.3 火灾报警系统无线化趋势
• 1.3 ZigBee特点及应用简介
• 1.3.1 ZigBee技术特点
• 1.3.2 几种短距离无线通信技术的性能比较
• 1.3.3 ZigBee无线传感器网络研究现状
• 1.3.4 国内基于ZigBee火灾报警系统开发情况
• 1.4 本文章节安排
• 第二章 ZigBee网络结构与Z-Stack协议栈
• 2.1 ZigBee网络结构
• 2.1.1 ZigBee网络设备组成
• 2.1.2 ZigBee网络拓扑结构
• 2.1.3 ZigBee网络协议栈框架
• 2.2 Z-Stack协议栈介绍
• 2.2.1 网络的地址分配与寻址
• 2.2.2 Z-Stack中的绑定
• 2.2.3 路由协议
• 2.2.4 终端设备离开网络以及重新加入网络
• 2.2.5 确认帧
• 2.2.6 非易失性存储
• 2.3 本章小结
• 第三章 火灾报警系统的数据处理方法
• 3.1 信息融合基本概念
• 3.2 火灾报警信息融合系统结构
• 3.3 数据层融合器
• 3.3.1 数据层对现场数据予处理
• 3.3.2 速率检测算法
• 3.4 特征层融合器
• 3.4.1 BP神经网络特征融合器的设计
• 3.4.2 BP神经网络训练
• 3.4.3 改进算法及措施
• 3.5 决策层融合器
• 3.5.1 模糊逻辑技术
• 3.5.2 火灾持续时间
• 3.5.3 融合系统决策层的实现
• 3.6 本章小结
• 第四章 火灾智能报警系统的设计
• 4.1 系统实现的功能
• 4.2 系统硬件总体设计
• 4.3 节点硬件设计
• 4.3.1 节点电路设计
• 4.3.2 MCU单元
• 4.3.3 无线传输单元
• 4.3.4 传感器单元
• 4.3.5 供电单元
• 4.4 系统软件总体设计
• 4.4.1 网络运行软件
• 4.4.2 数据采集与数据融合软件
• 4.4.3 系统应用软件
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论及展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录A BP神经网络训练样本