基于ZigBee技術的消防設備電源監控系統

廈門市公安消防支隊 吳榮文 黃豐偉

基于ZigBee技術的消防設備電源監控系統

廈門市公安消防支隊 吳榮文 黃豐偉

伴隨著我國城市化建設水平的不斷發展，現代化的建筑物正朝向更加智能化、信息化的方向邁進，為了能夠提高建筑物使用的安全性和穩定性，必須要設計出一套更加科學而完善的建筑消防設備電源監控系統，因此本文將進一步針對這種基于ZigBee技術的電源監控系統展開更加深入的探索與討論。

ZigBee技術；消防設備；電源監控系統

一、前言

在城市化建設的發展道路中，越來越多的高樓大廈拔地而起，而高層現代化建筑的消防安全問題，也引起了人們的高度重視，為了盡可能避免高層建筑物消防安全事故的發生，保護人民的人身財產安全不受侵害，必須加強對建筑消防設備電源監控系統的安全保障設計。

二、什么是ZigBee技術

從定義上來講，ZigBee技術可以看作是近距離傳輸，復雜度比較低，功耗消耗量少、傳輸速率較低而且傳輸成本不高的一種雙向無線電子通訊技術。一般來說，主要被應用在傳輸速率不是很高的電子設備間，可有效實現數據的傳輸。ZigBee技術最初是從蜜蜂之間的信息傳遞語言延伸來的，隨后人們將其看作是新時代無線電子通訊的代名詞，這種技術依靠的是可靠性比較高的無線數據傳輸網絡，它的數據模塊相當于是移動網絡的基站，因此被廣泛地應用在了建筑物的消防安全設備管理系統當中[1]。

三、主要組成部分

（一）監控中心

我們都知道，消防設備電源的監控系統應當被看作是現代化建筑物消防安全系統的核心，因此可以將基于ZigBee技術的電源監控系統的監控中心部分視為數據傳輸管理的中央處理器，在這一監控中心內，可以對所監測的建筑消防儀器設備信息進行有效的跟蹤與管理，能夠確切地了解到消防設備故障問題出現的位置和原因，對所傳輸的消防數據進行數字化整理，在計算機的人機交互界面中，能夠將消防設備的電源信息數據直觀地可視化展現出來，方便監控人員對數據的查看以及遠程控制口令的發送。

（二）監控模塊

在具體的電源監控模塊中，主要是由各種監控數據傳感器組成，像是電源電壓傳感器，電源電流傳感器等。當然在不同的監控模塊中，會有其各自不同的監控功能，一般來說，N1模塊主要是用來監控消防設備的電源電壓，而N2模塊可以看作是消防設備電源電流的監控模塊，可以很清晰地監測到消防電子設備在整個電力系統網路中的剩余電流數值，與此同時，還有一個N3模塊，在N3模塊中，主要是集合了N1監控模塊和N2監控模塊的功能，能夠在同一時間對消防設備的電源電壓、電流值進行數據監控[2]。

（三）數據傳輸系統

簡單來說，基于ZigBee技術的消防設備電源監控系統的數據傳輸，主要是通過ZigBee技術的數據通訊網絡和3G網絡結合在一起的無線通訊傳輸方式來完成的，這是由于建筑物消防設備比較多，設備分布比較廣泛的原因決定的，可以很好地降低消防設備布線的成本水平，同時也可以更好地增加消防設備電源系統的監控范圍，完善了建筑物消防設備的預警防范功能，完成了對設備電氣信息的實時監控和管理，及時而準確地反映出消防設備的電源工作狀態，比如說在發生電壓過壓、電壓欠壓以及電流過流、電路缺相等情況時，會立刻發出預警信號。

四、基于ZigBee技術的消防設備網絡傳輸系統

（一）ZigBee網絡

在基于ZigBee技術的消防設備電源信息數據網絡傳輸系統的設計中，我們首先要對ZigBee網絡概念加以理解，ZigBee網絡主要是由物理層，網絡訪問控制層，還有安全層以及應用層等部分組成，其中ZigBee網絡的協議軟件要用計算機C語言來書寫完成，它的開發環境是AVR Studio4.17，其硬件平臺是atmega 128a au單片機，使得各級消防設備電源監控模塊間有一個通信緩沖區，因此所使用的雙向射頻模塊主要是CC2480，可以進行單線程的編寫設計[3]。

（二）協議構架

從ZigBee網絡的協議構架角度來看，整條協議棧的重要組成部分在網絡層，主要負責的是對整個消防設備網絡傳輸系統的管理，實現對電源傳感器節點部位的加設和斷開，能夠主動尋找網絡路由，并且完成數據的有效傳輸，對其中的應用程序要進行用戶的自定義，同時對電源監控程序接口，傳輸數據的鏈路層以及媒體接入位置、網絡層進行ZigBee網絡的聯盟定義，對電源監控系統的物理層進行IEEE 802 15.6定義。將所有控制節點的微型處理器，無線收發器進行處理，并應用Cluster-Tree樹狀拓撲網絡結構來完成系統構建[4]。

（三）Cluster-Tree樹狀網絡

Cluster-Tree樹狀網絡主要是在網絡協調器上發揮作用的，當網絡協調器開啟以后，如果有別的節點進入，應當讓Cluster-Tree網絡通道同協調器的通道保持一致，使得這一節點可以發出準確的數據認證信息，進而完成對傳輸數據的網絡申請認證，而當節點通過了網絡認證以后，就可以獲得相應的MAC地址信息以及拓撲結構參數值，如果節點想要離開網絡的話，只需要對協調器發出請求就可以了。

（四）ZigBee網絡的設計與選擇

建筑消防設備電源監控的ZigBee網絡結構設計，也可以分成兩種節點方式來完成，有FFD節點以及RFD節點，其中的FFD節點可以看作是全功能節點，能夠對電源監控數據進行轉發，有左右兩個子樹的節點，然后根據Cluster-Tree算法展開計算和路由的選擇。但是RFD節點則不能進行數據轉發，只可以在樹狀網絡中充當葉子節點，當收到數據傳輸包以后，需要回復ACK，傳送到父節點位置進行轉讓[5]。

五、基于ZigBee技術的消防設備電源監控系統調試

等待電源監控系統中的監控器與傳感器都安裝完以后，就需要對電源監控系統進行通電調試，具體的調試操作需要按照我國《消防設備電源監控系統》中所規定的要求來進行，對監控器和傳感器分別進行單機通電，仔細檢查好消防設備零件的功能是否完整，注意調試好監控系統的輸出控制功能、故障報警功能以及自動監視功能、自動檢查功能，確保其符合建筑施工的消防安全規范要求，尤其是監控電源設備的容量負荷值要符合說明書中的消防安全規定，針對消防備用電源進行沖、放電，充電、放電各3次，保證備用電源可以和消防設備的主電源進行自動的切換，如果消防設備的基礎功能正常，需要保持電源監控系統調試運行12h，然后填好調試表，記錄下來各監控點的參數值和報警值，明確相對應的安裝地址以及位置信息。通過電源監控系統終端設備的調試功能，可以對消防設備電源的運行狀態進行數據的采集，完成對設備電源的通斷控制，并使用協調器完成數據的傳輸，與上位機終端設備保持聯系，由上位機針對設備數據信息采集和處理的結果發送命令，基于無線Zig-Bee 技術進行通訊，有效地解決了計算機硬件處理內存方面的壓力，具有結構簡單，方便移動的特點。

六、結論

綜上所述，本文通過探索ZigBee技術在建筑消防設備電源監控系統中的應用，在計算機智能操作平臺的基礎上，利用傳感器設備以及相應的Cluster-Tree路由算法選擇，有效地將消防設備的電源監控數據傳送到監控處理中心，完成了現代化建筑的消防電源安全管理。

[1]于躍,張峰,張士文．基于ZigBee技術的電力設備遠程監控系統[J]．電氣自動化,2017,39(02)：41-44+59．

[2]于江利,田海虹,司亞超,時麟．基于ZigBee技術的消防設備電源監控系統研究[J]．電源技術,2014,38(05)：951-952．

[3]王麗娟,閆紹敏．基于ZigBee技術的圖書館智能消防監控系統[J]．電子技術,2013,40(02)：52-54．

[4]郭金妹,張建榮．一種消防設備電源監控系統的研究與設計[J]．計算機測量與控制,2015,23(08)：2726-2729．

[5]郭潞梅．談消防設備電源監控系統的組成及安裝[J]．武警學院學報,2012,28(12)：54-56．