漳州臺商投資區(qū)公安消防大隊 莊文卿 龔哲松

居民小區(qū)無線火災(zāi)報警系統(tǒng)的研究與設(shè)計

漳州臺商投資區(qū)公安消防大隊 莊文卿 龔哲松

居民小區(qū)無線火災(zāi)報警系統(tǒng)的設(shè)計需要遵循當(dāng)前《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，嚴(yán)格遵守科學(xué)的設(shè)計原則，以產(chǎn)品質(zhì)量管理為中心，加強(qiáng)過程質(zhì)量控制，及早發(fā)現(xiàn)編碼錯誤等常見差錯，系統(tǒng)硬件包括路由節(jié)點、物業(yè)監(jiān)控中心、探測傳感終端三個組成部分，軟件部分的設(shè)計主要分為下機(jī)位軟件、上機(jī)位軟件，前者主要包括節(jié)點、協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點、終端節(jié)點，后者主要包括串口通訊設(shè)計、PC監(jiān)控設(shè)計。系統(tǒng)管理員需要掌握基本的系統(tǒng)架構(gòu)特點，學(xué)會排查故障，確保系統(tǒng)正常運行。

居民小區(qū)；無線技術(shù)；火災(zāi)報警系統(tǒng)

火災(zāi)是一種常見的災(zāi)害事件，也是城市、居民小區(qū)常見的災(zāi)害，《中國消防年鑒》顯示我國火災(zāi)的年發(fā)生例呈上升趨勢，每年造成的經(jīng)濟(jì)損失超過500億元。發(fā)生在居民小區(qū)的火災(zāi)嚴(yán)重威脅居民的生命財產(chǎn)安全。在我國居民小區(qū)的火災(zāi)安全系統(tǒng)建設(shè)水平不盡相同，絕大對數(shù)未能達(dá)到理想的標(biāo)準(zhǔn)，特別是許多老舊居民小區(qū)，基本無火災(zāi)報警系統(tǒng)。從火災(zāi)發(fā)生的周期來看，引燃期、發(fā)展期是滅火的黃金時期，及時報警，有助于居民疏散，及時開展滅火活動，從而降低火災(zāi)蔓延風(fēng)險，降低火災(zāi)的損失。近年來，無線技術(shù)發(fā)展迅速，為開展無限傳輸火災(zāi)報警創(chuàng)造了條件。

1 無線火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計原則

當(dāng)前開源的電子元件較多，無限傳輸技術(shù)、火災(zāi)探測電子狗與電子鼻技術(shù)也基本成熟，為設(shè)計無線火災(zāi)報警系統(tǒng)的創(chuàng)造了條件。無線火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計幾乎無硬件障礙，但需要考慮系統(tǒng)的可靠性，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行、報警及時準(zhǔn)確、抗干擾性強(qiáng)，需要嚴(yán)格要求設(shè)計的質(zhì)量[1]。設(shè)計需要遵循以下原則：①按照生命周期進(jìn)行管控；②堅持開展階段評審，避免出現(xiàn)軟件、編碼相關(guān)的差錯；③嚴(yán)格控制產(chǎn)品的開發(fā)過程，確保各個配置成分一致；④現(xiàn)代化程序設(shè)計，提高軟件的設(shè)計效率?；诖税凑铡痘馂?zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》（GB50116-2013）中的相關(guān)條路，設(shè)計的規(guī)范包括以下幾個方面：①火災(zāi)抱報警控制器安置在家中，啟動裝置安置在公共部位；②住宅內(nèi)的報警控制器需連接到控制中心監(jiān)控設(shè)備；③每間臥室、起居室都需要有一個感煙火災(zāi)探測器；④廚房需要根據(jù)燃?xì)獾念愋?，增加甲烷等氣體成分探測器，同時能夠在管道閥門等部位選擇功能探測器；⑤每個住戶都能夠獨立設(shè)置報警控制器，必要時進(jìn)行視頻對話；⑥每臺報警器覆蓋樓層不應(yīng)超過3層。對于可燃?xì)怏w的探測報警應(yīng)包括氣體探測器、報警控制器和火災(zāi)聲光警報器[2]。目前已有較大的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，如《智能建筑設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》GB/T、50314、《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)施工以及驗收規(guī)范》GB5016，這些都是設(shè)計者需要堅持的原則。

對于無線傳感網(wǎng)絡(luò)，布線是一個關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)，若布線不合理，不利于系統(tǒng)內(nèi)部信息傳遞，當(dāng)前的火災(zāi)報警系統(tǒng)一般采用總線布線方式，存在許多弊端，采用遙感技術(shù)是大勢所趨。無限傳感網(wǎng)絡(luò)體積小、成本低，可任意布置在監(jiān)控區(qū)域，采用MSN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，能夠有效的實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各個節(jié)點的數(shù)據(jù)采集、接收。無線傳感網(wǎng)絡(luò)通信半徑小，占用的帶寬低，節(jié)點數(shù)量大且能夠擴(kuò)充、耗電量低、電源壽命長、健網(wǎng)成本低、具有較好的自適應(yīng)性。在無線通訊網(wǎng)絡(luò)中，各個節(jié)點類似于天線，采集監(jiān)控的范圍信息，在大部分時間下處于休眠狀態(tài)，通電狀態(tài)下能夠感受到傳感節(jié)點傳遞的信息，經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳輸給管理節(jié)點[3]。目前考慮使用微型傳感節(jié)點嵌入方式接入無限傳感網(wǎng)絡(luò)，采用紐扣電池提供能源。常用的無線通信技術(shù)主要包括WiFi、藍(lán)牙、近距離無線傳輸、超寬帶通信、ZigBee技術(shù)，對于家庭無線網(wǎng)火災(zāi)監(jiān)控報警系統(tǒng)而言，WiFi網(wǎng)絡(luò)功耗大，構(gòu)建以及后期維護(hù)成本好，藍(lán)牙傳輸范圍小，節(jié)點功耗大，UWB通信距離小，NFC傳輸距離無法滿足要求，故選擇功效低、傳輸距離適合、成本低的ZigBee技術(shù)。

綜上所述，根據(jù)《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》得改標(biāo)準(zhǔn)，選擇B類系統(tǒng)，即有物業(yè)集中監(jiān)控的住宅建筑，采用控制中心監(jiān)控設(shè)備、家用火災(zāi)報警器、家用火災(zāi)探測器、火災(zāi)警報器器等設(shè)備組成。根據(jù)火災(zāi)的發(fā)生時期，在初期以助燃為主，有少量煙霧、散熱較小，采用煙霧探測器，火勢發(fā)展迅猛，強(qiáng)烈火焰輻射，則采用火焰探測器。根據(jù)居民區(qū)內(nèi)容易發(fā)生火災(zāi)的隱患，發(fā)生火災(zāi)后的火災(zāi)發(fā)展特征，安裝合適類型的火災(zāi)探測器[4]。需注意的是，火災(zāi)探測器產(chǎn)品的質(zhì)量問題層出不窮，即使是相同設(shè)計的探測器靈敏性也不盡相同，購入探測器需要確保質(zhì)量，進(jìn)行靈敏度測試。

2 設(shè)計方案

2.1 硬件設(shè)計

硬件設(shè)計關(guān)鍵在于將探測器與無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接，讓探測器信號能夠經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中轉(zhuǎn)傳輸?shù)叫^(qū)物業(yè)公司的監(jiān)控中心。系統(tǒng)硬件包括路由節(jié)點、物業(yè)監(jiān)控中心、探測傳感終端三個組成部分。對于硬件的選擇，考慮到小區(qū)火災(zāi)可燃物主要為電氣、燃?xì)?，同時考慮到誤報情況，可選擇氣體傳感器、煙霧傳感器、紅外傳感器配合，電壓比較器可進(jìn)行邏輯分析，判斷是否出現(xiàn)電火災(zāi)。基本選擇以下：探測器MQ-2煙霧傳感器，MQ-9燃?xì)鈧鞲衅?，SPS532CA傳感器，電壓比較器LMEE9N，無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備CC2530 ZigBee協(xié)調(diào)器、路由器、終端節(jié)點。對于電路的設(shè)計，應(yīng)包括探測電路、電壓比較器電路、CC2530模塊組、無線收發(fā)器、收發(fā)天線、報警器等，探測器探測到火災(zāi)后，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)量，傳遞到CC250模塊組，后者經(jīng)收發(fā)器將數(shù)字信號傳遞出去。

2.2 軟件設(shè)計

軟件部分的設(shè)計主要分為下機(jī)位軟件、上機(jī)位軟件，前者主要包括節(jié)點、協(xié)調(diào)器節(jié)點、路由器節(jié)點、終端節(jié)點，后者主要包括串口通訊設(shè)計、PC監(jiān)控設(shè)計。以串口通訊為例，數(shù)據(jù)傳輸僅僅需要MSComm控件，通訊程序簡單，采用事件驅(qū)動方式，根據(jù)上位機(jī)主體流程，系統(tǒng)啟動后，進(jìn)入登錄界面，輸入帳號密碼，進(jìn)入監(jiān)控系統(tǒng)界面，能夠設(shè)計監(jiān)控的內(nèi)容。需注意的是，一個信息系統(tǒng)的設(shè)計約半數(shù)的故障都發(fā)生在軟件領(lǐng)域，需做好軟件編碼過程中的管理，避免完工后出現(xiàn)再發(fā)現(xiàn)差錯，這會極大的浪費設(shè)計的時間[5]。軟件設(shè)計需要確保有較強(qiáng)的穩(wěn)定性，維護(hù)簡單，許多社區(qū)的物業(yè)管理人員并沒有專業(yè)的專業(yè)知識，主要負(fù)責(zé)進(jìn)行PC監(jiān)控，軟件系統(tǒng)需要有較高的集控特性，PC監(jiān)控者，能夠方便的了解各個監(jiān)控點、傳感器的數(shù)據(jù)情況，從而分析是否存在火災(zāi)安全隱患。需要集成一個數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，能夠自動識別事故隱患，如某點的燃?xì)鈧鞲衅鲾?shù)據(jù)異常，盡管未達(dá)到報警標(biāo)準(zhǔn)，但縱向比較監(jiān)測濃度水平持續(xù)上升，提示可能存在隱藏的泄漏點，或部分用于燃?xì)馐褂貌划?dāng)。

3 小結(jié)

居民小區(qū)無線火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計的思路并不復(fù)雜，當(dāng)前可供選擇的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、硬件設(shè)備、軟件編寫工具較多，研發(fā)一種系統(tǒng)應(yīng)將其作為項目來看，科學(xué)的分析系統(tǒng)的需求，科學(xué)設(shè)計，合理的規(guī)范硬件布局，做好軟件的編寫，提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，完善細(xì)節(jié)，降低故障發(fā)生風(fēng)險。系統(tǒng)設(shè)計還需要設(shè)計者本事對火災(zāi)的發(fā)生特征、居民火災(zāi)隱患、各類硬件與技術(shù)的特性有清醒的認(rèn)識，否則輕則網(wǎng)絡(luò)節(jié)點密度過低信息傳輸不暢的小問題，重則可能會因此影響火災(zāi)報警的效率。

[1]董文輝,王力,余廣智,梅志斌.無線火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計[J].消防科學(xué)與技術(shù),2016(04):552-555.

[2]王宇寧,許建明,李忠,粟成發(fā).基于單片機(jī)無線火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2015(10):26+28.

[3]楊鵬.基于單片機(jī)的無線火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計[J].工業(yè)加熱,2015(04): 43-46.

[4]馮軍,陳文波,王超,黃智偉.基于無線射頻的小區(qū)火警報警系統(tǒng)的研究與設(shè)計[J].中國科技信息,2015(05):94-95.

[5]魏熾旭.基于nRF24L01的無線火災(zāi)報警系統(tǒng)設(shè)計[J].電子制作,2014(03):53-55.