專利名稱：基于GPRS和ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，尤其是涉及一種基于GPRS和ZigBee傳感 器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們對火災(zāi)的預(yù)防和監(jiān)控越來越重視。 近年來，面向工廠、樓宇、自然區(qū)域的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)逐漸成為監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域的 熱點(diǎn)?；馂?zāi)監(jiān)控系統(tǒng)可以節(jié)約納稅人的金錢和時(shí)間，提高對火災(zāi)判斷的準(zhǔn)確性 和實(shí)時(shí)性；提高火災(zāi)營救的成功率，將火災(zāi)帶來的損失降低到最小；尤其是在 大型的工業(yè)設(shè)施、人員密集的樓宇和自然區(qū)域突發(fā)火災(zāi)事件的應(yīng)對等方面表現(xiàn) 出明顯的優(yōu)越性。
傳統(tǒng)的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)給預(yù)防工作帶來諸如實(shí)時(shí)性不足、設(shè)施成本高昂等不 便。主要方式是在人員密集的樓宇和工業(yè)設(shè)施中通過統(tǒng)一布線安裝監(jiān)控節(jié)點(diǎn)， 并連接警報(bào)，在火災(zāi)發(fā)生時(shí)由警報(bào)提醒。這樣的設(shè)施成本較高，對系統(tǒng)線路的 完整性要求嚴(yán)格， 一旦系統(tǒng)電力不足或意外斷開則不能及時(shí)的拉響警報(bào)。還有 一類新興的技術(shù)，使用自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)，在火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中，GPRS設(shè)備和溫 度傳感器、火焰探測器等設(shè)備連接。多數(shù)時(shí)間內(nèi)，火災(zāi)探測設(shè)備沒有數(shù)據(jù)傳輸， 一旦某個(gè)火災(zāi)探測器探測到火情，連接GPRS設(shè)備的單元被激活，火災(zāi)探測器 監(jiān)測感受到的火災(zāi)信息經(jīng)分析處理轉(zhuǎn)化成電信號(hào)后，通過GPRS設(shè)備傳送給報(bào) 警控制器。這類的設(shè)備不足之處在于單個(gè)節(jié)點(diǎn)的成本較高，使得部署的成本過 大。
GPRS無線數(shù)據(jù)通信網(wǎng)在國內(nèi)大、中城市基本實(shí)現(xiàn)無縫覆蓋。ZigBee是一 種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)，其特點(diǎn)是近距離、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、 低成本，主要適用于近距離無線通信等領(lǐng)域。ZigBee的無線節(jié)點(diǎn)功耗很低，在 低功耗待機(jī)模式下，2節(jié)5號(hào)電池可支持1個(gè)節(jié)點(diǎn)工作6 24個(gè)月，這是ZigBee 的突出優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于GPRS和ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)監(jiān)控系 統(tǒng)，構(gòu)建一套監(jiān)控范圍廣，適用性強(qiáng)，安裝方便以及低功耗的大型火災(zāi)監(jiān)控系 統(tǒng)，適合對城市范圍的火災(zāi)情況進(jìn)行監(jiān)控。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由局域監(jiān)控網(wǎng)和監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)組成；其中局域監(jiān)控網(wǎng)中包 括多個(gè)子局域監(jiān)控網(wǎng)，子局域監(jiān)控網(wǎng)中的無線通信節(jié)點(diǎn)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控 中心計(jì)算機(jī)連接；子局域監(jiān)控網(wǎng)中的多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)通過ZigBee傳感器網(wǎng) 絡(luò)分別于與無線通信節(jié)點(diǎn)連接。
所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為CC2430處理器分別與傳感器 模塊、蜂鳴器、按鍵和LED指示燈連接；CC2430處理器中的無線收發(fā)器與天 線連接。
所述無線通信節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為CC2430處理器分別和RS232 收發(fā)器、LCD屏幕和按鍵連接；CC2430處理器中的無線收發(fā)器與天線連接； RS232收發(fā)器與GPRS模塊連接。
本發(fā)明具有的有益效果是 采用GPRS網(wǎng)絡(luò)和ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)，GPRS網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)大范圍的監(jiān)控； 任何無線傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)火情都可以快速地向監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)匯報(bào)；從監(jiān)控中 心計(jì)算機(jī)可以查看整個(gè)火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行情況以及火災(zāi)發(fā)生情況；ZigBee傳 感器網(wǎng)絡(luò)的傳感器節(jié)點(diǎn)安裝方便，功耗低，避免了傳統(tǒng)電纜布線帶來的系統(tǒng)成 本高，安裝維護(hù)難度大等缺點(diǎn)。
本發(fā)明可以用于城市范圍的火災(zāi)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)地理位置的隨時(shí)監(jiān)控、遠(yuǎn) 程監(jiān)控、幫助火警控制中心對目標(biāo)地理位置火災(zāi)情況的監(jiān)控和防護(hù)。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
圖2是本發(fā)明的無線傳感器節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明的無線通信節(jié)點(diǎn)硬件結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明的無線傳感器節(jié)點(diǎn)軟件流程圖。
圖5是本發(fā)明的無線通信節(jié)點(diǎn)軟件流程圖。
圖中1、無線傳感器節(jié)點(diǎn)，2、無線通信節(jié)點(diǎn)，3、監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
如圖1所示，火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由局域監(jiān)控網(wǎng)和監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)組成；其中局 域監(jiān)控網(wǎng)中包括多個(gè)子局域監(jiān)控網(wǎng)，子局域監(jiān)控網(wǎng)中的無線通信節(jié)點(diǎn)2通過 GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)3連接；子局域監(jiān)控網(wǎng)中的多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)1 通過ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)分別于與無線通信節(jié)點(diǎn)2連接，組成星形拓?fù)涞腪igBee無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，其中無線通信節(jié)點(diǎn)2作為網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，無線傳感器節(jié)點(diǎn)l自 由加入或者退出子局域監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)子局域監(jiān)控網(wǎng)的通信節(jié)點(diǎn)2作為網(wǎng)絡(luò)協(xié) 調(diào)器，控制所在的局域監(jiān)控網(wǎng)的運(yùn)行。在子局域監(jiān)控網(wǎng)內(nèi)，無線通信節(jié)點(diǎn)2輪 詢每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)1，獲取火災(zāi)情況，再將該子局域監(jiān)控網(wǎng)的火災(zāi)情況發(fā)送 給監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)3。
如圖2所示，無線傳感器節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為CC2430處理器分別 與傳感器模塊、蜂鳴器、按鍵和LED指示燈連接；CC2430處理器中的無線收 發(fā)器與天線連接。CC2430處理器是內(nèi)置符合IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的2.4GHz無線 收發(fā)器，可無需外接收發(fā)器模塊而直接和天線連接。傳感器采用光電式煙霧探 測器；蜂鳴器在火情發(fā)生的時(shí)候鳴叫報(bào)警；LED指示燈用來指示節(jié)點(diǎn)是否加入 網(wǎng)絡(luò)；鍵盤用來手動(dòng)控制無線傳感器節(jié)點(diǎn)加入和退出網(wǎng)絡(luò)。無線通信節(jié)點(diǎn)會(huì)對 加入該子局域監(jiān)控網(wǎng)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行輪詢，查詢是否有火情。如果無線 傳感器節(jié)點(diǎn)沒有應(yīng)答，則被視為設(shè)備故障，并報(bào)警。因此，在無線傳感器節(jié)點(diǎn) 需要正常退出網(wǎng)絡(luò)時(shí)，要先按鍵讓無線傳感器節(jié)點(diǎn)和無線通信節(jié)點(diǎn)通信，指示 正常退出網(wǎng)絡(luò)，收到應(yīng)答后才能斷電進(jìn)行其他操作。無線傳感器節(jié)點(diǎn)采用兩節(jié) AAA電池供電。無線傳感器節(jié)點(diǎn)在大部分時(shí)間處于休眠低功耗狀態(tài)，每10秒鐘 蘇醒一次，并等待無線通信節(jié)點(diǎn)的連接通信，在接受到無線通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送的査 詢數(shù)據(jù)包后，給傳感器模塊供電，獲取當(dāng)前火情，發(fā)送給無線通信節(jié)點(diǎn)，并再 次進(jìn)入10秒鐘的休眠。
如圖3所示，無線通信節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為CC2430處理器分別和 RS232收發(fā)器、LCD屏幕和按鍵連接；CC2430處理器中的無線收發(fā)器與天線連 接；RS232收發(fā)器與GPRS模塊連接。無線通信節(jié)點(diǎn)是局域監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)協(xié) 調(diào)器，當(dāng)有新的無線傳感器節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，將其加入無線傳感器節(jié)點(diǎn)列表。 無線通信節(jié)點(diǎn)每IO秒鐘對無線傳感器節(jié)點(diǎn)輪詢一遍，給每個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā) 數(shù)據(jù)包，詢問火情，并等待無線傳感器節(jié)點(diǎn)返回信息。如果無線傳感器節(jié)點(diǎn)1 秒鐘內(nèi)沒有應(yīng)答，則認(rèn)為該無線傳感器節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，該信息將通過GPRS模 塊發(fā)送給監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)。如果無線傳感器節(jié)點(diǎn)返回的信息為有火情發(fā)生，該 信息將通過GPRS模塊發(fā)送給監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)。否則，在一輪査詢完成后，發(fā) 送情況正常的信息給監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)。監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)在30秒內(nèi)收不到無線通 信節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，就會(huì)認(rèn)為無線通信節(jié)點(diǎn)故障。無線通信節(jié)點(diǎn)可以通過按鍵加 入或者正常退出火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)。LCD屏幕顯示當(dāng)前無線通信節(jié)點(diǎn)是否已經(jīng)加入 監(jiān)控廣域網(wǎng)，并在無線傳感器節(jié)點(diǎn)故障或者返回火災(zāi)發(fā)生信息時(shí)，顯示對應(yīng)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)位置和狀態(tài)。無線通信節(jié)點(diǎn)采用5V穩(wěn)壓電源供電。
如圖4所示，無線傳感器節(jié)點(diǎn)的軟件實(shí)現(xiàn)過程為無線傳感器節(jié)點(diǎn)在上電
開始后進(jìn)行初始化工作，然后等待按鍵指示啟動(dòng)，在檢測到按鍵輸入指示后，
向無線通信節(jié)點(diǎn)請求加入網(wǎng)絡(luò)，請求成功后分配網(wǎng)絡(luò)地址(16位網(wǎng)絡(luò)地址)，點(diǎn) 亮LED指示燈，并進(jìn)入循環(huán)通信的過程，等待無線通信節(jié)點(diǎn)査詢；無線傳感器 節(jié)點(diǎn)睡眠IO秒后蘇醒，并等待無線通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送的査詢消息；收到查詢消息后， 無線傳感器節(jié)點(diǎn)激活傳感器模塊檢測火情；無線傳感器節(jié)點(diǎn)將檢測結(jié)果發(fā)送給 無線通信節(jié)點(diǎn)，如有火情，打開蜂鳴器，向無線通信節(jié)點(diǎn)發(fā)送火情，然后關(guān)閉 傳感器模塊，休眠10秒鐘，進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)周期。在循環(huán)周期中，如檢測到按 鍵輸入，則在下一次收到無線通信節(jié)點(diǎn)查詢信息時(shí)，發(fā)送退出ZigBee網(wǎng)絡(luò)的請 求，在收到無線通信節(jié)點(diǎn)應(yīng)答后，退出ZigBee網(wǎng)絡(luò)，熄滅LED指示燈。
如圖5所示，無線通信節(jié)點(diǎn)的軟件實(shí)現(xiàn)過程為無線通信節(jié)點(diǎn)是局域監(jiān)控 網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器，系統(tǒng)在軟硬件上電開始后進(jìn)行初始化，然后等待按鍵指示啟 動(dòng)，在檢測到按鍵輸入指示后，通過GPRS模塊連接監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)，并建立 新的ZigBee網(wǎng)絡(luò)，選擇一個(gè)空閑信道，找到合適的通道后，為新網(wǎng)絡(luò)選擇一個(gè) 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)符從而建立無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，并允許無線傳感器節(jié)點(diǎn)加入。無線通信 節(jié)點(diǎn)輪詢每個(gè)已入網(wǎng)的無線傳感器節(jié)點(diǎn)，并接收無線傳感器節(jié)點(diǎn)發(fā)送火災(zāi)情況 信息。如果無線傳感器節(jié)點(diǎn)無響應(yīng)，或者無線傳感器節(jié)點(diǎn)返回火災(zāi)發(fā)生的信息， 則在液晶屏幕上顯示異常信息，并向監(jiān)控中心服務(wù)器發(fā)送異常情況。如果一輪 査詢沒有發(fā)現(xiàn)異常情況，無線通信節(jié)點(diǎn)在這一輪査詢開始時(shí)刻的IO秒鐘之后通 過GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)連接，發(fā)送情況正常的信息。
權(quán)利要求
1.一種基于GPRS和ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由局域監(jiān)控網(wǎng)和監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)組成；其中局域監(jiān)控網(wǎng)中包括多個(gè)子局域監(jiān)控網(wǎng)，子局域監(jiān)控網(wǎng)中的無線通信節(jié)點(diǎn)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)連接；子局域監(jiān)控網(wǎng)中的多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)通過ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)分別于與無線通信節(jié)點(diǎn)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GPRS和ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)監(jiān)控 系統(tǒng)，其特征在于所述無線傳感器節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為CC2430處理 器分別與傳感器模塊、蜂鳴器、按鍵和LED指示燈連接；CC2430處理器中的 無線收發(fā)器與天線連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于GPRS和ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)監(jiān)控 系統(tǒng)，其特征在于所述無線通信節(jié)點(diǎn)的內(nèi)部模塊連接關(guān)系為CC2430處理器 分別和RS232收發(fā)器、LCD屏幕和按鍵連接；CC2430處理器中的無線收發(fā)器 與天線連接；RS232收發(fā)器與GPRS模塊連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于GPRS和ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)?；馂?zāi)監(jiān)控系統(tǒng)由局域監(jiān)控網(wǎng)和監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)組成；其中局域監(jiān)控網(wǎng)中包括多個(gè)子局域監(jiān)控網(wǎng)，子局域監(jiān)控網(wǎng)中的無線通信節(jié)點(diǎn)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)連接；子局域監(jiān)控網(wǎng)中的多個(gè)無線傳感器節(jié)點(diǎn)與無線通信節(jié)點(diǎn)連接組成星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明用于城市范圍的火災(zāi)監(jiān)控，監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)可以隨時(shí)地獲得無線傳感器節(jié)點(diǎn)所在地的火情，從監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)可以得到整個(gè)火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行情況以及火災(zāi)發(fā)生情況；其中ZigBee傳感器網(wǎng)絡(luò)的部署成本低，功耗低，實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)地理位置的隨時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)控、幫助火警控制中心對目標(biāo)地理位置火災(zāi)情況的監(jiān)控和防護(hù)。
文檔編號(hào)H04W84/18GK101593399SQ200910100388
公開日2009年12月2日 申請日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者卜佳俊, 方東博, 明 李, 智 楊 申請人:浙江大學(xué)