居民小區無線火災報警系統的研究與設計

漳州臺商投資區公安消防大隊 莊文卿 龔哲松

居民小區無線火災報警系統的研究與設計

漳州臺商投資區公安消防大隊 莊文卿 龔哲松

居民小區無線火災報警系統的設計需要遵循當前《火災自動報警系統設計規范》等標準規范，嚴格遵守科學的設計原則，以產品質量管理為中心，加強過程質量控制，及早發現編碼錯誤等常見差錯，系統硬件包括路由節點、物業監控中心、探測傳感終端三個組成部分，軟件部分的設計主要分為下機位軟件、上機位軟件，前者主要包括節點、協調器節點、路由器節點、終端節點，后者主要包括串口通訊設計、PC監控設計。系統管理員需要掌握基本的系統架構特點，學會排查故障，確保系統正常運行。

居民小區；無線技術；火災報警系統

火災是一種常見的災害事件，也是城市、居民小區常見的災害，《中國消防年鑒》顯示我國火災的年發生例呈上升趨勢，每年造成的經濟損失超過500億元。發生在居民小區的火災嚴重威脅居民的生命財產安全。在我國居民小區的火災安全系統建設水平不盡相同，絕大對數未能達到理想的標準，特別是許多老舊居民小區，基本無火災報警系統。從火災發生的周期來看，引燃期、發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，從而降低火災蔓延風險，降低火災的損失。近年來，無線技術發展迅速，為開展無限傳輸火災報警創造了條件。

1 無線火災報警系統設計原則

當前開源的電子元件較多，無限傳輸技術、火災探測電子狗與電子鼻技術也基本成熟，為設計無線火災報警系統的創造了條件。無線火災報警系統設計幾乎無硬件障礙，但需要考慮系統的可靠性，保障系統穩定運行、報警及時準確、抗干擾性強，需要嚴格要求設計的質量[1]。設計需要遵循以下原則：①按照生命周期進行管控；②堅持開展階段評審，避免出現軟件、編碼相關的差錯；③嚴格控制產品的開發過程，確保各個配置成分一致；④現代化程序設計，提高軟件的設計效率。基于此按照《火災自動報警系統設計規范》（GB50116-2013）中的相關條路，設計的規范包括以下幾個方面：①火災抱報警控制器安置在家中，啟動裝置安置在公共部位；②住宅內的報警控制器需連接到控制中心監控設備；③每間臥室、起居室都需要有一個感煙火災探測器；④廚房需要根據燃氣的類型，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置報警控制器，必要時進行視頻對話；⑥每臺報警器覆蓋樓層不應超過3層。對于可燃氣體的探測報警應包括氣體探測器、報警控制器和火災聲光警報器[2]。目前已有較大的設計標準規范，如《智能建筑設計標準》GB/T、50314、《火災自動報警系統施工以及驗收規范》GB5016，這些都是設計者需要堅持的原則。

對于無線傳感網絡，布線是一個關鍵技術環節，若布線不合理，不利于系統內部信息傳遞，當前的火災報警系統一般采用總線布線方式，存在許多弊端，采用遙感技術是大勢所趨。無限傳感網絡體積小、成本低，可任意布置在監控區域，采用MSN無線傳感器網絡，能夠有效的實現網絡內各個節點的數據采集、接收。無線傳感網絡通信半徑小，占用的帶寬低，節點數量大且能夠擴充、耗電量低、電源壽命長、健網成本低、具有較好的自適應性。在無線通訊網絡中，各個節點類似于天線，采集監控的范圍信息，在大部分時間下處于休眠狀態，通電狀態下能夠感受到傳感節點傳遞的信息，經網絡傳輸給管理節點[3]。目前考慮使用微型傳感節點嵌入方式接入無限傳感網絡，采用紐扣電池提供能源。常用的無線通信技術主要包括WiFi、藍牙、近距離無線傳輸、超寬帶通信、ZigBee技術，對于家庭無線網火災監控報警系統而言，WiFi網絡功耗大，構建以及后期維護成本好，藍牙傳輸范圍小，節點功耗大，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。

綜上所述，根據《火災自動報警系統設計規范》得改標準，選擇B類系統，即有物業集中監控的住宅建筑，采用控制中心監控設備、家用火災報警器、家用火災探測器、火災警報器器等設備組成。根據火災的發生時期，在初期以助燃為主，有少量煙霧、散熱較小，采用煙霧探測器，火勢發展迅猛，強烈火焰輻射，則采用火焰探測器。根據居民區內容易發生火災的隱患，發生火災后的火災發展特征，安裝合適類型的火災探測器[4]。需注意的是，火災探測器產品的質量問題層出不窮，即使是相同設計的探測器靈敏性也不盡相同，購入探測器需要確保質量，進行靈敏度測試。

2 設計方案

2.1 硬件設計

硬件設計關鍵在于將探測器與無線網絡設備連接，讓探測器信號能夠經網絡設備中轉傳輸到小區物業公司的監控中心。系統硬件包括路由節點、物業監控中心、探測傳感終端三個組成部分。對于硬件的選擇，考慮到小區火災可燃物主要為電氣、燃氣，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，電壓比較器可進行邏輯分析，判斷是否出現電火災。基本選擇以下：探測器MQ-2煙霧傳感器，MQ-9燃氣傳感器，SPS532CA傳感器，電壓比較器LMEE9N，無線網絡設備CC2530 ZigBee協調器、路由器、終端節點。對于電路的設計，應包括探測電路、電壓比較器電路、CC2530模塊組、無線收發器、收發天線、報警器等，探測器探測到火災后，將模擬量轉化為數據量，傳遞到CC250模塊組，后者經收發器將數字信號傳遞出去。

2.2 軟件設計

軟件部分的設計主要分為下機位軟件、上機位軟件，前者主要包括節點、協調器節點、路由器節點、終端節點，后者主要包括串口通訊設計、PC監控設計。以串口通訊為例，數據傳輸僅僅需要MSComm控件，通訊程序簡單，采用事件驅動方式，根據上位機主體流程，系統啟動后，進入登錄界面，輸入帳號密碼，進入監控系統界面，能夠設計監控的內容。需注意的是，一個信息系統的設計約半數的故障都發生在軟件領域，需做好軟件編碼過程中的管理，避免完工后出現再發現差錯，這會極大的浪費設計的時間[5]。軟件設計需要確保有較強的穩定性，維護簡單，許多社區的物業管理人員并沒有專業的專業知識，主要負責進行PC監控，軟件系統需要有較高的集控特性，PC監控者，能夠方便的了解各個監控點、傳感器的數據情況，從而分析是否存在火災安全隱患。需要集成一個數據分析系統，能夠自動識別事故隱患，如某點的燃氣傳感器數據異常，盡管未達到報警標準，但縱向比較監測濃度水平持續上升，提示可能存在隱藏的泄漏點，或部分用于燃氣使用不當。

3 小結

居民小區無線火災報警系統設計的思路并不復雜，當前可供選擇的無線網絡技術、硬件設備、軟件編寫工具較多，研發一種系統應將其作為項目來看，科學的分析系統的需求，科學設計，合理的規范硬件布局，做好軟件的編寫，提高整個系統的穩定性，完善細節，降低故障發生風險。系統設計還需要設計者本事對火災的發生特征、居民火災隱患、各類硬件與技術的特性有清醒的認識，否則輕則網絡節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報警的效率。

[1]董文輝,王力,余廣智,梅志斌.無線火災自動報警系統設計[J].消防科學與技術,2016(04):552-555.

[2]王宇寧,許建明,李忠,粟成發.基于單片機無線火災報警系統設計[J].數字技術與應用,2015(10):26+28.

[3]楊鵬.基于單片機的無線火災報警系統設計[J].工業加熱,2015(04): 43-46.

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

[5]魏熾旭.基于nRF24L01的無線火災報警系統設計[J].電子制作,2014(03):53-55.