摘要：為解決目前火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警及其聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)信號(hào)采集時(shí)布線困難，尤其是聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)信號(hào)采集點(diǎn)分散的問題，設(shè)計(jì)了一套采用ARM處理器、傳感器、ZigBee網(wǎng)絡(luò)、無線通信等技術(shù)組成的火災(zāi)信息數(shù)據(jù)無線采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集與控制模塊、ZigBee數(shù)傳模塊及傳輸設(shè)備組成。其中數(shù)據(jù)采集與控制模塊負(fù)責(zé)采集火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的信息，ZigBee數(shù)傳模塊負(fù)責(zé)將采集到的數(shù)據(jù)傳送給傳輸設(shè)備，傳輸設(shè)備將接收到的數(shù)據(jù)通過電話、Internet網(wǎng)或無線網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳到集中監(jiān)控中心。經(jīng)過連接火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，此套系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確及時(shí)，工作可靠穩(wěn)定。
關(guān)鍵詞：ZigBee；ARM；數(shù)據(jù)采集；火災(zāi)報(bào)警

    消防聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)在我國已經(jīng)日益發(fā)展起來，現(xiàn)在許多城市已經(jīng)建立起了城市消防聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，一些企業(yè)也將自己的火災(zāi)報(bào)警設(shè)備通過傳輸設(shè)備實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)，建立一個(gè)監(jiān)控中心進(jìn)行集中監(jiān)控管理。而在實(shí)際的聯(lián)網(wǎng)中，尤其是企業(yè)網(wǎng)，因?yàn)榭蛻粜枰O(jiān)控的信息較多，被監(jiān)控的消防設(shè)備安裝分散，從而產(chǎn)生了數(shù)據(jù)采集困難的問題。本文介紹的系統(tǒng)是在消防聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上延伸的一套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將以前無法進(jìn)行數(shù)據(jù)采集或很難進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的聯(lián)動(dòng)控制系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)信息通過安裝一個(gè)數(shù)據(jù)采集模塊，通過短距離無線通信集中傳送到傳輸設(shè)備上，再由傳輸設(shè)備將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳給消防監(jiān)控中心。

1 系統(tǒng)組成
1．1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理
    系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。消防監(jiān)控中心是由PC機(jī)、數(shù)據(jù)接收及處理軟件、數(shù)據(jù)庫等組成的一套監(jiān)控系統(tǒng)，可以通過互聯(lián)網(wǎng)、公用電話網(wǎng)或無線網(wǎng)絡(luò)接收由傳輸設(shè)備上傳的信息，這些信息包括火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng)的火警、故障、消音、復(fù)位及其他聯(lián)動(dòng)信息。傳輸設(shè)備將火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的信息進(jìn)行采集整理，通過電話網(wǎng)絡(luò)或者Internet網(wǎng)絡(luò)或者GPRS網(wǎng)上傳給消防監(jiān)控中心?，F(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集模塊通過串口或開關(guān)量采集聯(lián)動(dòng)設(shè)備和火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)的信息。

1．2 消防監(jiān)控中心及傳輸設(shè)備
    目前，在國內(nèi)已經(jīng)有很多城市建立起了城市遠(yuǎn)程消防聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，此系統(tǒng)常年實(shí)時(shí)監(jiān)控城市中聯(lián)網(wǎng)用戶火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備的運(yùn)行狀況及人員值班情況。系統(tǒng)中的聯(lián)網(wǎng)用戶通過傳輸設(shè)備可以快速、準(zhǔn)確地將火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警設(shè)備的火警、運(yùn)行狀態(tài)、人員值班情況等信息通過傳輸網(wǎng)絡(luò)傳送至消防監(jiān)控中心，中心根據(jù)掌握的詳細(xì)的火警信息、GIS地理信息、現(xiàn)場(chǎng)視頻圖像信息及滅火預(yù)案為消防部門快速反應(yīng)提供輔助決策，達(dá)到早期發(fā)現(xiàn)火警，及時(shí)報(bào)警，快速滅火的目的，并根據(jù)上傳的消防設(shè)施運(yùn)行信息為公安消防部門提供聯(lián)網(wǎng)用戶消防設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)信息，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)聯(lián)網(wǎng)用戶消防設(shè)施及值班人員的雙重管理，保障消防設(shè)施的正常運(yùn)行。
1．3 ZigBee無線網(wǎng)絡(luò)
    ZigBee通信技術(shù)的前身是“HomeRFlite”技術(shù)，其核心協(xié)議由IEEE 802．15．4工作組制定，高層應(yīng)用、互聯(lián)互通測(cè)試及市場(chǎng)推廣由Zig Bee聯(lián)盟負(fù)責(zé)。ZigBee具有低成本、低功耗、雙向傳輸、感應(yīng)網(wǎng)絡(luò)功能等特點(diǎn)。ZigBee作為一種無線連接，可工作在2．4 GHz，868 MHz和915 MHz三個(gè)頻段上。通過近幾年來的發(fā)展，通信距離由當(dāng)初的幾十米到現(xiàn)在的幾百米乃至上千米。而在安全方面，ZigBee提供了完善的認(rèn)證及加密技術(shù)，認(rèn)證技術(shù)能有效阻止攻擊者修改一個(gè)設(shè)備來模仿另外一個(gè)設(shè)備對(duì)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的攻擊；同時(shí)，ZigBee使用128位AES加密算法，這種加密保護(hù)可應(yīng)用在網(wǎng)絡(luò)層和設(shè)備層上。正是由于ZigBee技術(shù)所具有的低功耗、低成本、高容量、高安全及免執(zhí)照頻段使用等特點(diǎn)，使其在PC外設(shè)(鼠標(biāo)、鍵盤、游戲操控桿)、消費(fèi)類電子設(shè)備(TV，VCR，CD，VCD，DVD等設(shè)備上的遙控裝置)、家庭內(nèi)智能控制(照明、煤氣計(jì)量控制及報(bào)警等)、玩具(電子寵物)、醫(yī)護(hù)(監(jiān)視器和傳感器)、工控(監(jiān)視器、傳感器和自動(dòng)控制設(shè)備)等領(lǐng)域的使用具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)。
1．4 數(shù)據(jù)采集模塊
    數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)有1路串口(RS 232，RS 485可選)、8路模擬量、4路開關(guān)量(2路有源和2路無源)及4路開關(guān)量輸出，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。豐富的數(shù)據(jù)采集端口基本包括了火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警控制系統(tǒng)及其聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出端口，保證了模塊的適用性，同時(shí)，4路繼電器輸出型開關(guān)量能通過監(jiān)控中心進(jìn)行開關(guān)與閉合的控制，能給一些需要遠(yuǎn)程控制的設(shè)備提供開關(guān)與閉合的控制信號(hào)。

    數(shù)據(jù)采集模塊的主控芯片采用NXP的LPC2132，LPC2132是一款A(yù)RM7系列的CPU，具有多個(gè)32位定時(shí)器、1個(gè)10位8路的ADC、10位DAC、PWM通道、47個(gè)GPIO以及多達(dá)9個(gè)邊沿或電平觸發(fā)的外部中斷，特別適用于工控系統(tǒng)。ZigBee無線通信芯片采用美國CEL公司的MeshConnect模塊集成CPU的單片ZigBee芯片，它遵從ZigBee規(guī)范和IEEE 802．15．4標(biāo)準(zhǔn)，由一個(gè)含有基帶modem的射頻收發(fā)器、硬連線的MAC和內(nèi)嵌8051內(nèi)核的微控制器(帶有內(nèi)部FLASH存儲(chǔ)器)組成，它內(nèi)建ZigBee協(xié)議棧，通過串口與LPC2132進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。模塊的高度集成極大地簡化了設(shè)計(jì)、降低了功耗，節(jié)約了整個(gè)系統(tǒng)的成本。
    硬件編程采用C語言，程序流程圖如圖3所示。數(shù)據(jù)采集模塊分別采集連接到串口、模擬量口及開關(guān)量端口的數(shù)據(jù)，由主控芯片對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換封裝，由ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳送給傳輸設(shè)備。傳輸設(shè)備與數(shù)據(jù)采集模塊之間的通信協(xié)議采用“一主多從”方式，傳輸設(shè)備作為主機(jī)巡檢各個(gè)控制模塊，每個(gè)模塊有惟一的ID號(hào)，只有接收到與自己ID號(hào)一致的巡檢命令才執(zhí)行數(shù)據(jù)上傳或動(dòng)作，這樣能有效地提高通信的可靠性。

    LPC2132包含一個(gè)帶8路輸入的10位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，測(cè)量范圍為0～3．3 V，每秒可執(zhí)行400 000次10位采樣。所以可采集的模擬量類型可以是電壓信號(hào)，也可以是電流LPC信號(hào)，電流型／電壓型可通過圖4電路轉(zhuǎn)換輸入給2132的AD管腳。

    圖4中，S1和S2為跳線，通過跳線帽同時(shí)短路1，2或者2，3來實(shí)現(xiàn)電壓與電流輸入的切換，同時(shí)短路1，2時(shí)是電流輸入，輸入范圍為0～20 mA，同時(shí)短路2，3時(shí)是電壓輸入，輸入范圍為0～5 V。其中ADIN1為外部模擬量輸入，AD1為LPC2132模擬量輸入管腳。此外，可通過改變R4電阻值來改變電流的輸入范圍，還可以通過改變R3和R5電阻值來改變電壓的輸入范圍。

2 主要功能函數(shù)
2．1 主要功能函數(shù)
    主要功能函數(shù)如下：
   
    函數(shù)說明如下：
    Init_All()：初始化變量，配置ARM內(nèi)部寄存器；
    Read_Config()：從24C256中讀取設(shè)置參數(shù)；
    Deal_Data_Uart0()：處理與ZigBee模塊接口數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)按協(xié)議封裝好后發(fā)給傳輸設(shè)備；
    Deal_Data_Uartl()：采集數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)整理暫存；
    Check_In()：采集開關(guān)量數(shù)據(jù)；
    Updata_Ad(8)：采集更新模擬量數(shù)據(jù)；
    Updata_Respon()：更新需要應(yīng)答上位機(jī)巡檢的數(shù)據(jù)。
2．2 ADC初始化及A／D數(shù)值讀取
    ADC初始化及A／D數(shù)值讀取如下：
   
    初始化A／D管腳連接到通道0，轉(zhuǎn)化時(shí)鐘為1 MHz，工作于正常模式。
   
    此函數(shù)實(shí)現(xiàn)A／D寄存器中數(shù)值的讀取并計(jì)算實(shí)際電壓值，存放到ad_data數(shù)組中，參數(shù)channel_num是需要轉(zhuǎn)換的通道數(shù)。
2．3 串口信息處理
    串口信息處理如下：
   
    串口1中斷服務(wù)，將接收到的火災(zāi)報(bào)警控制器數(shù)據(jù)放入到rXd_uartl數(shù)組中，在主函數(shù)中通過調(diào)用Deal_Data_Uartl()函數(shù)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理暫存，以便發(fā)送給傳輸設(shè)備。

3 結(jié)語
    本系統(tǒng)采用短距離無線技術(shù)及遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)火災(zāi)報(bào)警控制系統(tǒng)及聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與遠(yuǎn)傳，為消防聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集提供了一種新的思路和方法。