基于ZigBee的火灾报警系统设计-开题报告.doc

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本科毕业设计（论文）开题报告

课题名称：

基于ZigBee的灾报警系统设计

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指导教师：

完成日期：

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

随着经济的发展，高层建筑、地下建筑以及大型综合性建筑日益增多,火灾隐患也随之增加,火灾发生的数量及其造成的损失都呈逐年上升趋势。

因此，有效的火灾报警系统成为保护人身生命财产安全的重要设施。

从火灾报警系统的发展过程来看[1]，大致可以分成三个阶段：

多线性火灾报警系统，总线型火灾报警系统[2]和无线型火灾报警系统[3-4]。

多线性报警系统由于电路复杂、布线多、可靠性差，已经逐渐被总线型报警系统取代，这种自动报警系统己采用微处理器控制，通过总线与控制器实现信号传送，它同以前的产品相比有了很大的飞跃，布线工作显著减少，安装调试变得容易，降低了安装和维修费用，目前国内生产的火灾自动报警系统大多数为此类产品[5]。

但随着社会的发展，这一系统已逐渐暴露出它的问题。

由于采用了有线连接，线路容易老化或遭到腐蚀、磨损，系统耗材多、造价高、功耗大、扩展能力差、设计、施工与维护复杂[6]。

在火灾发生前后不能有效地发挥其作用。

解决这些问题的最佳方法就是取消硬线连接，使用可以即插即用的无线系统。

国际上许多著名的大学和公司纷纷从不同的层次、不同的角度对无线传感器网络进行了研究和开发。

目前，国外在无线传感器网络方面的研究已经取得了一些积极的研究成果，他们已经成功地开发了全功能传感器。

极少数企业已经开始使用无线传感器网络技术[7]。

但是目前国外的类似产品，主要是作为楼宇自控系统的附属子系统，不符合我国有关火灾报警必须自成系统的设计原则，因此国外目前的无线火灾自动报警系统在我国消防消防领域的应用受到了限制。

主要的无线网络技术有蓝牙技术[8]、红外线技术、Wi-Fi技术、ZigBee技术等，这些技术各有优缺点[9]。

火灾报警系统除了要求具有较好的可靠性，稳定性和实时性外，我们还希望火灾报警器的成本较低，方便我们大规模地在楼宇内布置节点，但蓝牙技术集成复杂，成本高，红外线技术只能在两种设备之间连接，Wi-Fi技术功耗大，都不适用于火灾报警。

而ZigBee技术由于低功耗，低成本，组网能力强，成为火灾报警系统的最佳选择。

在国内，对于无线传感器网络的火灾报警系统的研究主要是在许多大学的研究所进行的，由于研究的目的不同，而所釆取的硬件设计平台也不近相同。

这些研究主要集中于网络体系结构、能量管理、路由算法及通信协议等，例如，基于ZigBee的无线楼宇火灾监测网络设计，基于ZigBee的智能火灾报警系统设计等。

随着ZigBee技术逐步成熟，国内多家单位将基于ZigBee的无线传感器网络应用于环境监测、煤矿安全、远程抄表、智能家居等领域开展了研究，从理论和实践上获得了突破，火灾报警系统无线化的时代即将到来。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题

ZigBee作为一种低功耗、低成本、高可靠性的无线通信技术，是非常理想的选择[10-11]。

而近年来各国学术界在无线传感器理论研究和实践中所积累的理论和经验，为我们搭建基于ZigBee的无线火灾报警系统提供了重要的技术支撑。

1、本系统是基于ZigBee技术的无线火灾报警系统[12-15]，系统一改传统火灾自动报警系统的总线结构，采用ZigBee网状结构网络进行数据传输。

解决了传统火灾自动报警系统布线难、后期维护复杂、误报率高、一些特殊场合不适用等一系列问题。

2、系统的总体设计。

本系统分为三个模块：

传感器模块、无线传输模块，上位机模块，传感器模块用于探测各个区域的温度、湿度、烟雾情况，通过无线传输模块送到上位机系统，完成对环境中温度、湿度及烟雾的测量。

3、系统的监控。

本系统采用相应上位机软件，用于操作人员进行全网监控。

系统完成对环境温度、湿度及烟雾气体检测，某项值超标即出发报警，同时实时记录报警信息。

4、系统的软硬件设计。

系统采用CC2530单片机，作为无线传输模块，DHT11温湿度传感器，QM-2型烟雾传感器制作传感器模块，并设计PCB电路板。

软件方面采用TI公司的Z-Stake协议栈，进行C语言编程。

三、研究步骤、方法及措施

1、对ZigBee技术进行深入的了解：

了解无线网络技术，ZigBee协议栈结构，网络配置和拓扑结构。

2、确定系统总体设计方案：

系统设计原则，系统软硬件设计方案，系统的功能。

3、系统硬件设计及分析：

本系统采用CC2530芯片，作为无线传输模块，其中QM-2型烟雾传感器[16]，DHT11温度湿度传感器，作为传感器模块。

4、系统软件设计及分析：

CC2530采用IAREmbeddedWorkbench5.4进行C语言编程，用protel99se软件进行传感器模块PCB板的制作，用Labview软件进行上位机系统的设计。

四、研究工作进度

1-4周，查阅ZigBee技术的相关书籍和文献，选择所需的芯片型号和所需的传感器型号，确定总体的设计方案。

5-8周，CC2530单片机的调试，实现CC2530的基本无线传输功能，protel99se软件的学习，简单PCB板的的制作。

9-12周，进行无线传输模块和传感器模块的调试，实现简单地温湿度无线传输。

13-16周，学习Labview软件，设计人机界面，实现火灾报警系统的监控。

17周，撰写论文，准备答辩。

五、主要参考文献

1施承,宋铁成.基于Zigbee协议的无线传感器网络节点的制作.广东通信技术,2006,

（1）:

10~12

2潘倩姿,钱学荣.CAN总线协议的分析及其应用技术的研究.今日科苑,2008,（06）:

192~19

3瞿雷.一种新的无线网络通信技术ZigBee.单片机与嵌入式系统应用,2006,（01）:

12~14

4赵娜.无线火灾报警控制器的研制,硕士学位论文.哈尔滨工业大学,2006,6:

3~4

5张泽.中国消防产业发展调研报告（2010年）.中国科学技术出社,2011:

60~61

6刘胜福,刘和平.基于ZIGBEE的分布式智能复合探测无线消防报警系统.自动化技术与应用,2008,27（7）:

67~70

7汤文亮,曾祥元,曹义亲.基于ZigBee无线传感器网络的森林火灾监测系统.实验室研究与探索,2010,29（6）:

49~53.

8李卓.蓝牙技术在火灾自动报警系统中的应用探讨.消防设备研究,2005,24（03）:

64~65

9徐汉文.近距离无线技术的介绍和对比.数字社区&智能家居.

2008,1:

33~36

10SinemCoreliErgen.Zigbee/IEEE802.15.4summary.Sep102004:

2~3

11高守伟,吴灿阳.ZigBee技术实践教程.北京航空航天大学出版社,2009.6

12黄建华.基于ZigBee2006的无线传感器网络设计与实现.西安电子科技大学,2009,6

13AndreasVlissidis,StavrosCharakopoulos,EmmamouilMakryqiannakis.ThedevelopmentofaplatformbasedonwirelesssensorsetwoekandZigBeeprotocolfortheeasydetectionoftheforestire.AdvancesinIntelligentandSoftComputing,2010:

391~399.

14Wangguozhu,ZhangJunquo,LiWenbin,etc.AforestfiremonitoringsystemonGPRSandZigBeewirelesssensornetwork.Proceedingsofthe20105thIEEEConferenceonIndustrialElectronicesandApplicationsJCIEA,2010:

1859~1862.

15吴凤泉,李杰.胡德双.基于ZigBee的楼宇火灾报警系统的设计.微计算机信息,2009,25（7）:

42~44.

16济南联诚创发科技有限公司.烟雾传感器MQ-2规格书,2011

4