基于信息融合技術(shù)的無線火災(zāi)探測報(bào)警系統(tǒng)

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
目前各類型的火災(zāi)探測器MCU都是利用單片機(jī)技術(shù)，系統(tǒng)選用和8位單片機(jī)價(jià)格相當(dāng)?shù)?2位處理芯片的STM32F103RBT6作為火災(zāi)報(bào)警控制器和復(fù)合探測節(jié)點(diǎn)的主控芯。STM32F103RBT6是ST公司推出的32位微控制器，使用了先進(jìn)架構(gòu)的ARM Cortex—M3內(nèi)核，其靈活的靜態(tài)存儲(chǔ)器控制器能方便地與許多存儲(chǔ)器和外設(shè)連接，同時(shí)由于其具有豐富的片上外設(shè)，從而簡化外圍電路設(shè)計(jì)。
2．1 微控制器電路設(shè)計(jì)
微控制器STM32F103C6最小系統(tǒng)電路包括電源電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路。電源和復(fù)位電路如圖4所示。

2．2 傳感器的選擇
系統(tǒng)中溫度傳感器采用LM35DZ，它是把測溫傳感器與放大電路做在一個(gè)硅片上，形成一個(gè)集成溫度傳感器。其靈敏度為10 mV／℃；工作溫度范圍為0～100℃；工作電壓為4～30 V；精度為±1℃。最大線性誤差為±0．5 ℃；靜態(tài)電流為80μA。其輸出電壓與攝氏溫標(biāo)呈線性關(guān)系，轉(zhuǎn)換如式(1)所示。
Vout_LM35(T)=10 mV／℃×T℃ (1)

溫度采集電路及運(yùn)放電路設(shè)計(jì)如圖5所示。煙霧傳感器和CO傳感器分別選用常見的MQ-2和MQ-7型氣體傳感器。這兩種傳感器均為基于二氧化錫(SnO2)的金屬半導(dǎo)體傳感器，敏感機(jī)理為被檢測氣體吸附造成的半導(dǎo)體敏感層電導(dǎo)率的變化。下面以MQ-2型氣體傳感器為例，介紹其工作原理。MQ-2型氣體傳感器對不同種類和濃度的氣體有不同的電阻值，使用MQ-2型氣體傳感器的測量電路比較簡單，如圖6所示。MQ-2型氣體傳感器的加熱端和測量輸入端均用5 V DC供電，輸出端V1經(jīng)調(diào)理輸入到MCU，V1的大小與煙霧濃度值直接相關(guān)。

2．3 ZigBee通信模塊
ZigBee是一種近距離、低功耗、低數(shù)據(jù)傳輸率、低復(fù)雜度和低成本的無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。它有3個(gè)工作頻段，分別為868 MHz,915 MHz和2．4 CHz。其中，868MHz和915 MHz頻段為歐美國家使用。而2．4 GHz頻段則為全球通用的免費(fèi)ISM(Industrial ScientificMedical)頻段，該頻段16個(gè)信道，數(shù)據(jù)傳輸率為250 kbit·s-1。ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)基于DSSS擴(kuò)頻技術(shù)，采用CSMA／CA的信道接入方式，節(jié)點(diǎn)間的通信距離介于10～100 m，加上PA模塊后可達(dá)千米。
文中無線通信模塊選用順舟科技SZ05系列Z-Bee嵌入式無線串口通信模塊，采用加強(qiáng)型的ZigBee無線技術(shù)，它具有通訊距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、組網(wǎng)靈活等優(yōu)點(diǎn)和特性；可實(shí)現(xiàn)多設(shè)備間的數(shù)據(jù)透明傳輸；可組Mesh型的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
從整體上看，可以將系統(tǒng)軟件分為兩個(gè)部分：火災(zāi)報(bào)警控制器軟件程序和復(fù)合探測節(jié)點(diǎn)軟件程序。系統(tǒng)采用模塊化的編程思想，把軟件系統(tǒng)化為多個(gè)功能模塊，主程序通過調(diào)用各子程序來完成復(fù)雜功能的實(shí)現(xiàn)。
系統(tǒng)為確保各個(gè)節(jié)點(diǎn)都處于正常工作的狀態(tài)，報(bào)警控制器定時(shí)根據(jù)接收到的各節(jié)點(diǎn)的ID號判斷各節(jié)點(diǎn)是否正常工作。若火災(zāi)報(bào)警控制器在一段時(shí)間內(nèi)未收到某一復(fù)合探測節(jié)點(diǎn)的ID號信息，則判定該節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，在顯示屏上顯示相關(guān)信息并報(bào)錯(cuò)以便工作人員能及時(shí)處理。