基于无线传感器网络的火灾预警系统设计

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1、基于无线传感器网络的火灾预警系统设计第1章前言1.1建筑火灾预警的背景及其意义在众多灾害中，火灾以成为我国常发性、破坏性和影响力最强的灾害之一。在我国火灾统计中，建筑火灾占80％以上。火灾发生后疏散救援困难、火灾发展块，扑救困难等特点，一旦失火往往造成大量人员伤亡和巨额财产损失。随着经济和城市建筑的快速发展，火灾隐患也大大增加，火灾发生的数量及其造成的损失都呈逐年上升趋势，虽然我国城市中的大、中型建筑及公共场所安装的火灾预警系统及消防设施以逐渐普及、完善，但在实际使用过程中暴露出的问题也日益突出。

2、传统的高层建筑火灾检测方式均为分散检测，即利用单个传感器对起火点检测，无法实现火灾早期预警（即当存在材料阴燃时就实现预警），并无法进一步实时判断燃点的类型与位置而且容易产生误判、错判；同时为了火灾检测不留死角，采用密集布置传感器是必须的，而采用标准导线或其它有线传输介质连接密集布置的传感器，不仅安装维修繁琐，成本高，而且一旦发生传感器系统的局部损坏也会影响整体的检测。随着传感器、微机电系统（MEMS）、网络技术、无线通信技术和信息技术的高速发展，为建筑，特别是高层建筑进行现代化动态检测火灾提供了可

3、能，而以网络技术为核心的信息技术的迅速渗入，为火灾自动预警监控网络系统的建立拓展了发展空间。一个标志性的进展是具有低功耗、低成本、低复杂度、自组织等性能的ZigBee技术的出现。这种可密集布置的低成本，高精度的无线传感器网络成为大型高层建筑进行安全火灾早期检测预警的最佳选择。采用ZigBee无线传感器网络来组建火灾信息传输系统，不仅避免了采用其它有线传输介质连接所引起的弊端，而且网络的自组织性能，使得当部分传感器节点由于种种原因损坏时，传感器网络系统又可以快速的自组织形成监控网络，提高了系统的抗毁

4、性。同时，由于引发火灾的材料很多，火灾产生的气体也很复杂，在火灾早期阴燃阶段以产生大量气体，利用人工嗅觉系统（电子鼻）能迅速感知并识别阴燃气体的种类，判断起火原因，采取相应的灭火方式，将火灾消灭在早期阶段。1.2国内外火灾预警技术的发展状况火灾探测预警技术是人类依靠科学技术与火灾作斗争的有效手段之一。早在1847年1基于无线传感器网络的火灾预警系统设计美国牙科医生Charinlng和缅因大学教授Fanner研究出世界上第一台用于城镇火灾预警的发送装置，同年，德国的Siemens和Halske公司将

5、电报装置用于传送火灾预警信号。从此揭开了人类发展火灾自动探测与预警技术的序幕。纵观一百多年来，火灾探测技术主要经历了[1]以下几个发展阶段。初期阶段是从19世纪40年代一直延续到20世纪40年代，这期间感温探器占主导地位，火灾自动预警系统只是由一些简单的分立元件构成的。第二阶段从上世纪50年代至70年代，感烟探测器得到了大力发展，采“先见烟后见火”的探测方法使得实现火灾早期预警实现了一次大的迈进。这阶段的预警系统采用多线制，一般要求每个火灾探测器采用两条或更多条导线与火灾预警控制器相连接，以确保从

6、每个火灾探测点发出火灾预警信号。第三阶段从20世纪80年代末期开始至今，总线制火灾自动预警系统逐步发展起来。在此之前由于电子器件的落后，人们研究总线制火灾自动预警系统的设想难实现。随着单片机技术的普遍应用，同时也因为多线制(包括n+l线制)统的工程安装，布线和维修都很不方便，人们开始将单片机技术用于火灾预警制系统中，并采用了总线制的信号传输方式。总线制系统结构形式是在多线制基础上发展起来的。第四阶段，从80年代后期开始至今。在这个时期，随着电子、计算机、传感器技术的飞速发展，出现了智能化火灾自动预

7、警控制系统。它标志着火灾自动探测预警系统已进入一个全新的发展时期。我国对火灾自动探测预警技术的研究与应用起步较晚，开始于60年代，近二三十年来，随着我国改革开放的全面深入和社会主义经济建设的快速增长，我国火灾预警产业化的发展非常迅速。产品的稳定性及可靠性都有了很大提高，总体技术水平及工艺水平已逐渐接近或达到国际同类产品先进水平。在产品开发方面，经过有关科研、生产单位多年的艰苦努力，系统模式已从多线制控制系统，多总线一体化控制系统，逐渐向着全分布式控制系统的方向发展;探测技术方面，感烟探测的主流方式

8、也由离于感烟探测转变为光电感烟探测，并逐渐发展了多元复合探测技术;探测器也从开关量型、模拟量型发展为智能型。上行信道也从单一的电话拨号方式发展到多种通信方式混合应用的局面。下行信道也从专用总线发展到载波方式、无线方式并存。特别是近年来，随着计算机技术、电子技术、信息技术、人工智能技术和网络技术的发展，我国火灾探测预警技术进入了快速发展阶段，其技术发展的趋势主要表现在以下方面：(1)强调火灾探测基础理论研究，建立火灾探测预警系统应用环境数据库，研究不同2基于无线传感器网络的火灾预警系