专利名称：基于GPRS和ZigBee传感器网络的火灾监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种火灾监控系统，尤其是涉及一种基于GPRS和ZigBee传感 器网络的火灾监控系统。
背景技术：
随着社会的进步和科学技术的发展，人们对火灾的预防和监控越来越重视。 近年来，面向工厂、楼宇、自然区域的火灾监控系统逐渐成为监控技术领域的 热点。火灾监控系统可以节约纳税人的金钱和时间，提高对火灾判断的准确性 和实时性；提高火灾营救的成功率，将火灾带来的损失降低到最小；尤其是在 大型的工业设施、人员密集的楼宇和自然区域突发火灾事件的应对等方面表现 出明显的优越性。
传统的火灾监控系统给预防工作带来诸如实时性不足、设施成本高昂等不 便。主要方式是在人员密集的楼宇和工业设施中通过统一布线安装监控节点， 并连接警报，在火灾发生时由警报提醒。这样的设施成本较高，对系统线路的 完整性要求严格， 一旦系统电力不足或意外断开则不能及时的拉响警报。还有 一类新兴的技术，使用自动报警系统，在火灾自动报警系统中，GPRS设备和温 度传感器、火焰探测器等设备连接。多数时间内，火灾探测设备没有数据传输， 一旦某个火灾探测器探测到火情，连接GPRS设备的单元被激活，火灾探测器 监测感受到的火灾信息经分析处理转化成电信号后，通过GPRS设备传送给报 警控制器。这类的设备不足之处在于单个节点的成本较高，使得部署的成本过 大。
GPRS无线数据通信网在国内大、中城市基本实现无缝覆盖。ZigBee是一 种短距离、低功耗的无线通信技术，其特点是近距离、低功耗、低数据速率、 低成本，主要适用于近距离无线通信等领域。ZigBee的无线节点功耗很低，在 低功耗待机模式下，2节5号电池可支持1个节点工作6 24个月，这是ZigBee 的突出优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于GPRS和ZigBee传感器网络的火灾监控系 统，构建一套监控范围广，适用性强，安装方便以及低功耗的大型火灾监控系 统，适合对城市范围的火灾情况进行监控。本发明采用的技术方案是
火灾监控系统由局域监控网和监控中心计算机组成；其中局域监控网中包 括多个子局域监控网，子局域监控网中的无线通信节点通过GPRS网络与监控 中心计算机连接；子局域监控网中的多个无线传感器节点通过ZigBee传感器网 络分别于与无线通信节点连接。
所述无线传感器节点的内部模块连接关系为CC2430处理器分别与传感器 模块、蜂鸣器、按键和LED指示灯连接；CC2430处理器中的无线收发器与天 线连接。
所述无线通信节点的内部模块连接关系为CC2430处理器分别和RS232 收发器、LCD屏幕和按键连接；CC2430处理器中的无线收发器与天线连接； RS232收发器与GPRS模块连接。
本发明具有的有益效果是 采用GPRS网络和ZigBee传感器网络，GPRS网络可以实现大范围的监控； 任何无线传感器节点发现火情都可以快速地向监控中心计算机汇报；从监控中 心计算机可以查看整个火灾监控系统的运行情况以及火灾发生情况；ZigBee传 感器网络的传感器节点安装方便，功耗低，避免了传统电缆布线带来的系统成 本高，安装维护难度大等缺点。
本发明可以用于城市范围的火灾监控，实现对目标地理位置的随时监控、远 程监控、帮助火警控制中心对目标地理位置火灾情况的监控和防护。
图1是本发明的结构原理示意图。
图2是本发明的无线传感器节点硬件结构图。
图3是本发明的无线通信节点硬件结构图。
图4是本发明的无线传感器节点软件流程图。
图5是本发明的无线通信节点软件流程图。
图中1、无线传感器节点，2、无线通信节点，3、监控中心计算机。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的描述。
如图1所示，火灾监控系统由局域监控网和监控中心计算机组成；其中局 域监控网中包括多个子局域监控网，子局域监控网中的无线通信节点2通过 GPRS网络与监控中心计算机3连接；子局域监控网中的多个无线传感器节点1 通过ZigBee传感器网络分别于与无线通信节点2连接，组成星形拓扑的ZigBee无线传感器网络，其中无线通信节点2作为网络协调器，无线传感器节点l自 由加入或者退出子局域监控网络。每个子局域监控网的通信节点2作为网络协 调器，控制所在的局域监控网的运行。在子局域监控网内，无线通信节点2轮 询每个无线传感器节点1，获取火灾情况，再将该子局域监控网的火灾情况发送 给监控中心计算机3。
如图2所示，无线传感器节点的内部模块连接关系为CC2430处理器分别 与传感器模块、蜂鸣器、按键和LED指示灯连接；CC2430处理器中的无线收 发器与天线连接。CC2430处理器是内置符合IEEE 802.15.4标准的2.4GHz无线 收发器，可无需外接收发器模块而直接和天线连接。传感器采用光电式烟雾探 测器；蜂鸣器在火情发生的时候鸣叫报警；LED指示灯用来指示节点是否加入 网络；键盘用来手动控制无线传感器节点加入和退出网络。无线通信节点会对 加入该子局域监控网的无线传感器节点进行轮询，查询是否有火情。如果无线 传感器节点没有应答，则被视为设备故障，并报警。因此，在无线传感器节点 需要正常退出网络时，要先按键让无线传感器节点和无线通信节点通信，指示 正常退出网络，收到应答后才能断电进行其他操作。无线传感器节点采用两节 AAA电池供电。无线传感器节点在大部分时间处于休眠低功耗状态，每10秒钟 苏醒一次，并等待无线通信节点的连接通信，在接受到无线通信节点发送的査 询数据包后，给传感器模块供电，获取当前火情，发送给无线通信节点，并再 次进入10秒钟的休眠。
如图3所示，无线通信节点的内部模块连接关系为CC2430处理器分别和 RS232收发器、LCD屏幕和按键连接；CC2430处理器中的无线收发器与天线连 接；RS232收发器与GPRS模块连接。无线通信节点是局域监控网络的网络协 调器，当有新的无线传感器节点加入网络时，将其加入无线传感器节点列表。 无线通信节点每IO秒钟对无线传感器节点轮询一遍，给每个无线传感器节点发 数据包，询问火情，并等待无线传感器节点返回信息。如果无线传感器节点1 秒钟内没有应答，则认为该无线传感器节点出现故障，该信息将通过GPRS模 块发送给监控中心计算机。如果无线传感器节点返回的信息为有火情发生，该 信息将通过GPRS模块发送给监控中心计算机。否则，在一轮査询完成后，发 送情况正常的信息给监控中心计算机。监控中心计算机在30秒内收不到无线通 信节点发送信息，就会认为无线通信节点故障。无线通信节点可以通过按键加 入或者正常退出火灾监控系统。LCD屏幕显示当前无线通信节点是否已经加入 监控广域网，并在无线传感器节点故障或者返回火灾发生信息时，显示对应的无线传感器节点位置和状态。无线通信节点采用5V稳压电源供电。
如图4所示，无线传感器节点的软件实现过程为无线传感器节点在上电
开始后进行初始化工作，然后等待按键指示启动，在检测到按键输入指示后，
向无线通信节点请求加入网络，请求成功后分配网络地址(16位网络地址)，点 亮LED指示灯，并进入循环通信的过程，等待无线通信节点査询；无线传感器 节点睡眠IO秒后苏醒，并等待无线通信节点发送的査询消息；收到查询消息后， 无线传感器节点激活传感器模块检测火情；无线传感器节点将检测结果发送给 无线通信节点，如有火情，打开蜂鸣器，向无线通信节点发送火情，然后关闭 传感器模块，休眠10秒钟，进入下一个循环周期。在循环周期中，如检测到按 键输入，则在下一次收到无线通信节点查询信息时，发送退出ZigBee网络的请 求，在收到无线通信节点应答后，退出ZigBee网络，熄灭LED指示灯。
如图5所示，无线通信节点的软件实现过程为无线通信节点是局域监控 网的网络协调器，系统在软硬件上电开始后进行初始化，然后等待按键指示启 动，在检测到按键输入指示后，通过GPRS模块连接监控中心计算机，并建立 新的ZigBee网络，选择一个空闲信道，找到合适的通道后，为新网络选择一个 网络标识符从而建立无线传感器网络，并允许无线传感器节点加入。无线通信 节点轮询每个已入网的无线传感器节点，并接收无线传感器节点发送火灾情况 信息。如果无线传感器节点无响应，或者无线传感器节点返回火灾发生的信息， 则在液晶屏幕上显示异常信息，并向监控中心服务器发送异常情况。如果一轮 査询没有发现异常情况，无线通信节点在这一轮査询开始时刻的IO秒钟之后通 过GPRS网络与监控中心计算机连接，发送情况正常的信息。
权利要求
1.一种基于GPRS和ZigBee传感器网络的火灾监控系统，其特征在于火灾监控系统由局域监控网和监控中心计算机组成；其中局域监控网中包括多个子局域监控网，子局域监控网中的无线通信节点通过GPRS网络与监控中心计算机连接；子局域监控网中的多个无线传感器节点通过ZigBee传感器网络分别于与无线通信节点连接。
2. 根据权利要求1所述的一种基于GPRS和ZigBee传感器网络的火灾监控 系统，其特征在于所述无线传感器节点的内部模块连接关系为CC2430处理 器分别与传感器模块、蜂鸣器、按键和LED指示灯连接；CC2430处理器中的 无线收发器与天线连接。
3. 根据权利要求1所述的一种基于GPRS和ZigBee传感器网络的火灾监控 系统，其特征在于所述无线通信节点的内部模块连接关系为CC2430处理器 分别和RS232收发器、LCD屏幕和按键连接；CC2430处理器中的无线收发器 与天线连接；RS232收发器与GPRS模块连接。
全文摘要
本发明公开了一种基于GPRS和ZigBee传感器网络的火灾监控系统。火灾监控系统由局域监控网和监控中心计算机组成；其中局域监控网中包括多个子局域监控网，子局域监控网中的无线通信节点通过GPRS网络与监控中心计算机连接；子局域监控网中的多个无线传感器节点与无线通信节点连接组成星形拓扑结构的ZigBee传感器网络。本发明用于城市范围的火灾监控，监控中心计算机可以随时地获得无线传感器节点所在地的火情，从监控中心计算机可以得到整个火灾监控系统的运行情况以及火灾发生情况；其中ZigBee传感器网络的部署成本低，功耗低，实现对目标地理位置的随时远程监控、帮助火警控制中心对目标地理位置火灾情况的监控和防护。
文档编号H04W84/18GK101593399SQ200910100388
公开日2009年12月2日 申请日期2009年7月10日 优先权日2009年7月10日
发明者卜佳俊, 方东博, 明 李, 智 杨 申请人:浙江大学