基于RTU通訊技術的火災在線實時監測系統的研究與開發

潘君

【摘 要】本課題研究的基于RTU通訊技術的火災在線實時監測系統，與國內已有系統相比，存在布線方便，自動組網，數據準確，監控及時等優點。隨著通信技術的發展和人們生活水平的提高，未來對家庭安全性的監測越來越受重視，本課題研究的火災在線實時監測系統將逐漸進入大眾的生活中，保障大眾的生命財產的安全。

【關鍵詞】火災探測；物聯網

1 國內外研究現狀

火災監控系統能夠及時發現火情，迅速產生報警，是減少火災災害的重要工具。縱觀火災監控系統的發展歷程，一般可以分為以下幾個發展階段：

第一個階段，從十九世紀到上世紀中期，這個階段使用簡單的感溫探測器來進行火災的探測，火災探測器根據探測環境的溫度參量判定是否有火災發生，容易受到外界干擾，靈敏度低而且響應慢。

第二階段，從上世紀50年代到70年代，誕生了離子感煙探測器，一般采取“先見煙再見火”的探測手段。這個時期的檢測系統多采用多線制，要求一個火災探測器與報警器有至少兩條的導線相連，確保探測點發出預警信號，但是存在布線復雜、調試難度大等缺點。

第三階段，從上世紀80年代開始，采用總線制火災檢測系統，火災探測器和報警器之間的通信需要一臺微機和收發碼電路實現，使用全總線控制，有布線簡單、安裝調試容易、火災報警定位精確等優點。

第四階段，從上世紀80年代后期至今，伴隨著計算機技術、傳感器技術和通信技術的發展，火災監測體系走向了智能化和網絡化，出現了分布式智能和網絡通信火災監測系統。分布式智能火災系統特點在于火災探測器能處理火災信號，提高了火災監測的實時性和可靠性；網絡通信火災系統使得火災報警控制器能通過Internet交換信息，實現遠程火災信息管理和通信服務。

國外火災遠程監控技術起步較早，許多國家已經建立了城市火災的自動報警網絡，形成了比較完善的火災預警和善后處理體系。

我國對火災監控研究應用起步較晚，隨著改革開放的深入和經濟建設的高速增長，我國火災監控行業發展迅速，系統控制模式逐步從多線制控制系統、多總線一體化向分布式控制系統發展；探測技術從單一的感煙探測發展成多元復合探測。然而國內市場的消防報警產品型號繁雜，各種產品提供的接口、通信協議都存在較大差異，導致出現故障之后，因廠家原因得不到及時維修，埋下了較大的火災隱患。

在家庭監控系統中，控制網絡是一個不可或缺的部分，起著信息傳達的作用，一方面控制網絡收集傳感器終端的信號或家電信息并傳遞到主控制器，另一方面下達主控制器對終端家用電器或者電子產品的控制信號。從目前的發展來看，控制網絡經歷了從電力載波到家庭總線，再到無線網絡的發展歷程。家庭控制網絡對數據的傳輸率要求較低，但對傳輸的準確度要求較高，有線的網絡架設存在著布線成本高、安裝不夠靈活、升級困難等諸多弊端，這為家庭無線網絡的發展和應用提供了機遇。

2 選題的意義

隨著社會經濟的不斷發展和人民生活水平的不斷提高，人們對家居生活質量要求越來越高。房子不僅僅限于傳統的居住功能，提供舒適安全、高品位的生活空間是人們對未來的美好期待。火災對人們的生產和生活安全構成了極大的威脅。據公安部的統計，近五年來，我國火災每年發生次數都在十萬次以上，每年家庭火災發生的次數占總火災發生次數的40%，但死亡的人數占到了總死亡人數的70%，因此實現家庭火災監控具有非常重要的現實意義。火災監控主要以火災報警系統為主，研究重點在于降低火災監測的虛警率，將火災消滅在萌芽狀態。

3 內容

3.1 目標

現有的家庭火災監控系統存在著安裝不便，監測準確度和遠程監控能力不強等缺陷，與人們對居住環境的要求越來越高，家用設施的安全管理亟待改善的迫切需要形成了強烈的矛盾。家庭內部監控數據量小，對傳輸實時性的要求不高，選用ZigBee為代表的無線傳感器網絡來組建家用監控網絡，可大大降低系統成本和復雜度，提高設計靈活性。選擇RTU（Remote Terminal Unit）數據中轉設備，連接家庭內部監控網絡和外部網絡，用戶只要通過瀏覽器訪問監控系統，便能夠對家庭中的火災進行監控。當出現險情時，監控報警信息能自動發送到用戶的手機上，提醒采取措施。本系統的開發，提高了家庭安全性，為構建和諧社會奠定了一定的基礎。

3.2 內容

傳統的家庭火災監控系統往往存在布線不便、單傳感器監測準確度不高、遠程監控能力不強等諸多缺陷。網絡化的火災監控系統在系統造價上價格不菲，降低監控系統成本和功耗，提高系統集成度和準確度是本課題設計的目標。

為此，本文提出了一種基于RTU通訊技術的火災在線實時監測系統。利用ZigBee技術構建家庭監控網絡的傳輸鏈路，依托物聯網基礎網絡設施GPRS，實現遠程家庭火災監控。設計多傳感器監測環境狀態，并將監測數據在智能網關中心進行融合處理，提高監測準確度，得到最終的監測結果；以RTU作為數據的傳輸中介，以實時數據庫作為數據的處理器，最終以WEB形式發布數據狀態。即使家中無網絡，無服務器也可以實現家伙火警的在線實時監測。

3.3 擬解決的關鍵問題

（1）采用ZigBee無線通訊方式采集火災特征數據。

（2）構建第三方實時監控管理中心系統。

（3）用戶自主管理系統

3.4 研究方法

文獻研究法，通過圖書館及網絡文獻了解當前已有火災在線實時監測系統的組成，存在的問題，進而指導我們開發系統。通過ZigBee相關著作，學習先進的數據傳輸技術，將該技術應用在我們的系統中。

實驗研究法，在實驗室建立模擬的測試環境，依次解決數據的采集、傳輸、存儲及WEB數據發布全過程，在建設測試環境的過程中，不斷探索和發現問題，解決問題，優化系統。

3.5 技術路線

基于RTU通訊技術的火災在線實時監測系統主要包括ZigBee無線傳感網絡、RTU和服務器。該系統為家庭火災監測設計了煙霧、溫度等傳感器電路；以ZigBee芯片為核心，構建家庭內部網絡通信平臺，利用ZigBee2006協議棧實現了無線網絡數據通信；以RTU為核心構建智能網關平臺，基本功能是實現家庭數據的轉發；擴展功能在于接收ZigBee傳感器終端的監測數據，響應遠程訪問請求，反饋監控處理結果。用戶以IP地址的形式訪問Web服務器，網關能實時響應遠程請求，并將實時數據庫中的數據以網頁的形式反饋給用戶。

4 研究價值

目前，家庭火災監控系統不同程度存在著布線不便、準確度不高、遠程監控能力不強等缺點。有線的傳輸方式雖然有較大的信息傳輸能力，但布線復雜且不靈活，容易對原有建筑的布局造成影響；傳統基于單傳感器的火災監測系統，其準確度易受環境因素影響，傳感器失效不可自愈而導致系統永久癱瘓；獨立的家庭火災監測系統，受到監控地域局限，不能適應未來家庭安全監控的需求。

【參考文獻】

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[3]潘偉，黃東.基于ZigBee技術的無線傳感器網絡研究[J].計算機技術與發展，2008，18（9）.

[責任編輯：張濤]endprint