基于ZIGBEE技术的分布式智能复合探测无线消防报警系统

论文摘要

火灾作为一种发生频率较高的灾害,经常造成巨大的人员伤亡和财产损失,而现有有线消防报警系统却存在施工周期长、投资额高、维护保养困难、漏报、误报率高等问题。有线方式存在供电线路和信号传送线路,在火灾发生时,线路是其中最薄弱的环节,一旦故障,则会导致大面积的检测信号失效,也不能在火灾发生过程中对火场进行监测。为此急需一种无线消防报警系统。论文采用无线网络中的ZigBee 1.0版协议标准构成的无线消防报警系统,以PIC18F4620为每个网络节点的智能处理器,将光电烟雾探测、温度探测和CO气体探测所得的信息进行综合,经感知器神经网络建模分析后,得出是否发生火灾的判断,进行现场声光报警,再通过CC2420芯片的收发电路,将数据以无线通信方式发送至协调器,对数据进行处理和存储记录,并在消防控制中心进行声光报警,实现分布智能式无线消防报警网络系统。论文对1.0版zigBee标准的结构、原理和使用方法进行研究,深入分析了Microchip公司1.0-3.5版协议栈的文件系统,提出了修改和使用Microchip公司1.0-3.5版协议栈的方法,明确了各个文件之间的接口位置和接口方法。设计了火灾信号的复合探测电路,以PIC18F4620和CC2420为核心,采用对等网络拓扑结构的组网方式,构成了无线通信方式的带智能处理传感器的消防报警网络。用MATLAB仿真软件建立了用于无线消防报警系统的单层感知器神经网络模型,对比分析了目前比较常见的几种火灾探测信号处理算法,采用了变化率检测与神经网络相结合的算法,并对三种传感器电路的实验数据进行仿真验证,并编写相关的单层感知器神经网络智能算法程序,达到了快速高效处理检测信号的目的。将该无线消防报警系统置于无障碍和有障碍的两种空间内,对接收信号强度指示值进行分析,证实了该无线消防报警系统的通信距离能满足火灾报警的要求。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 引言
• 1.1 无线消防报警系统研究的背景及其意义
• 1.2 现状分析
• 1.2.1 火灾的发展过程
• 1.2.2 探测器设计的发展现状
• 1.2.3 系统结构设计的发展现状
• 1.2.4 无线消防报警系统发展的现状
• 1.2.5 ZIGBEE技术的发展现状
• 1.3 本文所做的主要工作
• 2 火灾探测信号的处理算法
• 2.1 直观法
• 2.1.1 固定门限检测算法
• 2.1.2 变化率检测算法
• 2.2 趋势算法
• 2.2.1 Kendall-τ趋势算法
• 2.2.2 复合Kendall-τ趋势算法
• 2.3 斜率算法
• 2.4 持续时间算法
• 2.4.1 单输入“火灾量”算法
• 2.4.2 复合偏值滤波算法
• 2.4.3 趋势持续算法
• 2.5 人工神经网络算法
• 2.6 火灾信号模糊处理算法
• 2.7 本章小结
• 3 ZIGBEE通信技术
• 3.1 ZIGBEE通信技术的实现
• 3.1.1 ZigBee技术的体系结构
• 3.1.2 ZigBee的各种帧结构
• 3.1.3 ZigBee的原语
• 3.1.4 ZIGBEE的领居表、路由接入表及绑定表
• 3.2 本章小结
• 4 网络节点硬件设计
• 4.1 消防报警系统的网络拓扑结构及网络节点硬件设计框图
• 4.2 电源设计
• 4.3 光电感烟传感器电路设计
• 4.4 数字感温传感器电路
• 4.5 CO气体传感器电路设计
• 4.6 PIC4620与CC2420的接口电路设计
• 4.7 本章小结
• 5 网络节点软件设计
• 5.1 三种传感器电路的数据采集流程
• 5.1.1 DS1820的数据采集流程
• 5.1.2 CO气体探测器和光电感烟探测器电路的数据采集流程
• 5.2 三种传感器电路实验数据的处理算法一单层感知器神经网络
• 5.3 感知器神经网络建模及判断
• 5.4 无线消防报警系统的运行调试过程及测试结果分析
• 5.4.1 用ICD2对无线消防报警系统软件部分进行运行调试的过程
• 5.4.2 无线消防报警系统的测试结果分析
• 5.5 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 全文总结及创新点分析
• 6.2 后续研究工作的展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A 作者在攻读硕士学位期间发表的文章目录
• B 单层感知器神经网络的训练程序coordinator.m
• C DS1820数字温度传感器的处理程序
• D PIC18F4620对三种传感电路数据进行采样并处理的程序