无线火灾自动报警系统的设计外文翻译资料

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无线火灾自动报警系统的设计

Wen-hui Donga,*, Li Wanga, Guang-zhi Yua, Zhi-bin Meia

公安部沉阳消防研究所，辽宁110034中国

摘要

为了满足无线火灾自动报警系统的应用需求，基于无线火灾报警系统的应用网站和通信服务的特征的分析，本文设计了一种专门用于火灾探测报警无线通信协议，并制定了一套完整的无线火灾自动报警系统，实现快速火灾探测报警和低功耗的消防设施状况的监督。

关键词：无线通信;检查协议;火灾自动报警系统

1.引言

近年来，随着物联网技术和大数据，云计算等概念，基于无线通信火灾自动报警系统的广泛普及的互联网的兴起已经引起广泛关注，在国内和国外。虽然双母线系统的施工布线也比较简单，但仍有很高的安装和维护成本问题，以及升级的难度，尤其是对家庭和一些特殊的应用场合的实际需求已经无法满足。例如，在古文物，在有线火灾自动报警系统的安装过程中，开槽和穿墙管道安装需要，并可能导致建筑物损坏。所以有线火灾报警系统是不适用的。此外，对有多个产权，小的临街商铺和临时建筑等建筑物，无线系统是非常适合的。

无线火灾报警系统的安装方便，无需穿墙管道和线路，与建筑物没有损坏，并且能够适应和利用变化建筑物的功能，因此吸引了研究人员的广泛关注，在国内和国外。 2.4G无线网络技术，通过紫蜂表示，是在自动火灾报警系统中使用的通用的技术。但2.4G传输的优势在于只有在能见度范围，和障碍仍然存在于它的传输显著的影响。对于一些大型和复杂分开的建筑物，以确保网络2.4G的更好的传输质量，将需要大量的继电器或辐射功率增加，这将导致成本增加，具有的低成本，低功率的目标相冲突的无线火灾报警系统。

鉴于上述问题，分析无线火灾报警器的业务的特性，提出了433M无线火灾报警系统的体系结构和专用通信协议方案，并完成了无线火灾报警系统的设计中，为了解决实际消防要求3合1的地方，多产权临街商铺，砖或木历史建筑，临时建筑等场所。

2，系统架构设计

有线火灾自动报警系统需要成本高，很难在施工，但有线信号传输，鞘和黄铜管保护确保高质量的信号，因此实现高-容量，高稳定系统。无线火灾报警系统采用开放式信号传输，这是由距离和障碍物的影响很大，从而使系统的传输速率和容量略低相比有线系统;而为了确保火灾报警信号及消防设施的监控信号的无误码实时传输，系统规模不宜设置得过大。：因此，无线火灾报警系统的应用模式，架构模式的不同的设计应视现场可用的消防设施采用

1）对于大型建筑物中的有线系统已定，内部单元时的布局的变化，或本地变换或现有系统的扩展是需要的建筑物单元部分地增加时，无线系统可用于为连接到电缆系统的现有的有线系统的补充子系统。在这种组合方式中，有线系统仍然用作骨干网与高整个系统的稳定性，而无线系统取决于当地环境特性所使用的，实现配置的灵活性，和转换的成本低;

2）对于其中有线系统尚未设置的小规模的建筑物，或与服务的期间临时建筑物，应使用无线形式为整个火灾自动报警系统作为系统容量不是很大，并且可以确保无差错的实时间信号传输。

根据两种不同的情况，本系统采用完全的无线通信环境中使用和组合有线的无线环境中的两个独立的结构模式，它们可被连接到通过无线信号或CAN总线分别火灾报警控制器，如图1 ，整个系统由一个火灾报警控制器，继电器模块和现场模块

：1）路由器。路由器外部提供无线火灾报警系统的数据交换接口，并负责建立本地无线网络与现场模块通过RF 433M的方式以及轮询上的现场模块连接。消防电源作为电源。用2.4G频带相比，433M RF波长较长，并且可以容易地与周围干涉性障碍通过，所以很适合于用作无线火灾自动报警系统的基础通信技术。

有线和可以根据现场环境来选择的火灾报警控制器和路由器之间的无线连接：可以为有线系统总线通信，并433M RF或用于在无线系统GPRS通信。路由器只有当火警信号或故障信号进行轮询来控制报告。

2）现场模块。现场模块包括3种类型：火触发模块，设备监控模块和输出模块。火触发模块包括火灾探测器，手动报警按钮。该设施监视模块包括防火门的监视设备，和消防栓压力监测装置。输出模块包括声光报警和联动输出模块等

多路由器可以被设置为与所述火灾报警控制器连接。每个继电器模块管理火触发模块，设备监控模块和输出模块，建立了自己的同频网络的一部分。通过不同的路由器内置的网络之间，跳频来避免同频干扰。通过扩展路由器的数量，业务需求为现场火灾自动报警完整的覆盖面可以实现的。

图1 无线的建筑火灾报警系统

3模块硬件设计

在该系统的路由器和现场模块被设计和构造为如图2所示的核心控制芯片采用TI MSP430低功率芯片，和无线传输功能是根据MRF49XA射频芯片。据微功率无线电设备技术要求”，无线网络的设计与国家无线电管理委员会的要求，在433MHz的公共免费频段工作，符合预期。它支持多点和跳频技术的频率复用，以使用频率高的能力。所有模块支持双向收发和睡眠/唤醒功能。

图2 模块图示

4.无线通信设计

4.1无线火灾自动报警系统的通信特性

中无线无线火灾自动报警系统的通信具有非常明显的特点：在单个通信1）低的数据。由自动火警系统传输所需的数据包括火灾探测和报警信息和综合火控制信息。大多数数据类型可以表示为开关状态，并且每个数据的长度通常为几个字节内。

2）高实时性要求。根据GB4717-2005火灾报警控制单元的要求，从检测器的发出火灾报警信号发送到控制器的接收的时间应在10秒内被控制，并且当在系统中的任何模块出现故障，火灾报警控制器应该检测出故障在100秒。

3）经常性故障监视的通信。为了实现系统中各个模块的状态信息的实时监控，并满足获得100S内的模块故障条件的业务需求，系统需要查询在一个固定的时间段模块状态。

4）应时火灾报警信号传输。作为灾害，火灾发生在某个建筑物频率非常低。因此，火灾报警信号的传输是偶然的。

5）功率消耗约束。不像有线系统，在无线报警系统模块通常是电池供电的，具有有限的能量。实际现场电池寿命通常需要持续1年，所以能量有限的约束条件下的无线系统的通信工作。

对于上述特性，该系统充分压缩所述通信的数据帧，并提出了轮询协议，可以降低通信的能量消耗。

4.2通讯帧设计

基于在单个通信但高实时要求低数据的无线火灾自动报警系统的通信的特点中，通信帧被设计成如图3所示的一帧数据包含总共10bytes的。数据量小，有助于降低发射功率消耗。在日期，铅字节和同步字节是固定的字节;类型，状态，和数据字段都用1个字节;源地址和地址字段的目的地地址占据每一个字节。类型和不同类型的探测器和消防设施的状况是位编码成1个字节，共256种类型的和256四种状态。

图3通信位

4.3间隔插入轮询逻辑设计

基于对功率消耗约束系统的通信功能，更频繁的通信，电池功率消耗的速度更快;而根据实时通信和复发的特征中，所述多个网络点是，会发生在一个轮询周期中的多个通信。因此，网络的尺寸和功率消耗优化是一对相互制约的参数。

在一个轮询周期中，相同的频率网络划分TDA每个字段模块的由TDMA，设置了一系列的查询字段的根据网络的模块的数量和分配给每个现场模块。每个字段模块由其自己的查询字段的到来唤醒。继电器模块进行了现场模块1个状态查询后，后者将重新进入睡眠状态。

为了实现火灾的实时检测，每个字段模块唤醒MCU定期检测火，无线功能保持熟睡。如果没有火，它会立即重新进入休眠状态;如果检测到火，无线功能将被唤醒和维护。

在查询两个相邻的地址的模块之间的时间间隔，中继模块将插入一个单火询问指令给所有消防触发器模块。由于唤醒休眠策略设置，只有在火灾报警状态火触发模块保持清醒，并能回答查询。

上述轮询逻辑设计有三个特点：1）轮询周期可以延长尽可能，从而在没有火灾的定期监测，模块通信的数量将下降，因此减少了通信的功耗。

2）网络流量的主负载移动到中继模块。由于继电器模块使用消防电源，没有功耗的限制，在实际的网站实现了高实用性。

3）当发生火灾时，通过两个轮询查询之间的使用间隔，插入一个火轮询指令，以避免轮询周期的延长后潜在的火灾报警的传输延迟，和报警信号传输将仍然能够满足实时要求。

5.

测试系统的每一个实体部分在图4中示出了根据与部署在建筑物中的无线火灾报警系统的防火安全标准的试验已进行了。试验结果示于表1。

图4 无线火灾自动报警的实时图像系统

现场模块通信半径可以在1-壁阻挡的情况下，可达35米。相同的频率网络可以覆盖约1,000 2的总空间。通信半径较长，没有直接的护栏墙的地方。此外，现场模块的工作电流小于93mu;A;有2400mAh的电池，最大工作寿命可长达3年，可满足3合1等小地方的实际需要。该系统的通信分组丢失率是低达一万一千一百十分之一，这意味着可以至多出现一次出通信的一千倍损失。而且，即使发生数据包丢失，通过插入重试命令成两个模块轮询之间的时间间隔，丢失分组可以被恢复。此外，该系统的时效性可以得到保证。在1个继电器模块管理100场模块的规模，报火警的时间可以5秒内被控制，现场模块的故障发现时间可以在10s内被控制。

6.结论

总之，分析自动火警系统设定的特征，提出了无线433M火灾自动报警系统的建筑，设计和开发系统模块的硬件，以及设计的通信间隔插入轮询逻辑，可以有效地降低平均功耗基于分析和总结的无线火灾自动报警系统的通信行为特征，从而完成这个无线火灾报警系统的设计和开发。与2.4G通信技术相比，该系统使用433M的RF信号的波长的优点，具有较强的衍射能力。与其他低兆赫RF通信无线火灾报警网络相比，该系统具有潜在的有线系统集成度和低平均通信功耗，它的应用有利于提高3合1的地方，多产权临街店铺的消防安全水平，砖或木遗迹和古建筑，临时建筑等场所。

致谢

要感谢由公安部应用创新项目“无线火灾报警系统的研制”的资助（2014YYCXSXF067）

参考文献

[1]Kim Byoung-kug, Hong Sung-hwa, Hur Kyeong, et al, 2010. Journal of Energy-efficient and rapid time synchronization for wireless sensor networks.IEEE Transactions on Consumer Electronics 56, p. 2258.

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