摘要：為解決目前火災自動報警及其聯(lián)動系統(tǒng)信號采集時布線困難，尤其是聯(lián)動系統(tǒng)信號采集點分散的問題，設計了一套采用ARM處理器、傳感器、ZigBee網(wǎng)絡、無線通信等技術組成的火災信息數(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)傳模塊及傳輸設備組成。其中數(shù)據(jù)采集與控制模塊負責采集火災自動報警系統(tǒng)的信息，ZigBee數(shù)傳模塊負責將采集到的數(shù)據(jù)傳送給傳輸設備，傳輸設備將接收到的數(shù)據(jù)通過電話、Internet網(wǎng)或無線網(wǎng)絡遠傳到集中監(jiān)控中心。經(jīng)過連接火災報警聯(lián)動系統(tǒng)實驗，此套系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集準確及時，工作可靠穩(wěn)定。
關鍵詞：ZigBee；ARM；數(shù)據(jù)采集；火災報警

    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)也將自己的火災報警設備通過傳輸設備實現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)，建立一個監(jiān)控中心進行集中監(jiān)控管理。而在實際的聯(lián)網(wǎng)中，尤其是企業(yè)網(wǎng)，因為客戶需要監(jiān)控的信息較多，被監(jiān)控的消防設備安裝分散，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)的基礎上延伸的一套數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將以前無法進行數(shù)據(jù)采集或很難進行數(shù)據(jù)采集的聯(lián)動控制系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)信息通過安裝一個數(shù)據(jù)采集模塊，通過短距離無線通信集中傳送到傳輸設備上，再由傳輸設備將數(shù)據(jù)遠傳給消防監(jiān)控中心。

1 系統(tǒng)組成
1．1 系統(tǒng)結構及工作原理
    系統(tǒng)結構如圖1所示。消防監(jiān)控中心是由PC機、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)絡接收由傳輸設備上傳的信息，這些信息包括火災自動報警控制系統(tǒng)的火警、故障、消音、復位及其他聯(lián)動信息。傳輸設備將火災自動報警系統(tǒng)的信息進行采集整理，通過電話網(wǎng)絡或者Internet網(wǎng)絡或者GPRS網(wǎng)上傳給消防監(jiān)控中心?，F(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集模塊通過串口或開關量采集聯(lián)動設備和火災自動報警系統(tǒng)的信息。

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

    數(shù)據(jù)采集模塊的主控芯片采用NXP的LPC2132，LPC2132是一款ARM7系列的CPU，具有多個32位定時器、1個10位8路的ADC、10位DAC、PWM通道、47個GPIO以及多達9個邊沿或電平觸發(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標準，由一個含有基帶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存儲器)組成，它內(nèi)建ZigBee協(xié)議棧，通過串口與LPC2132進行數(shù)據(jù)通信。模塊的高度集成極大地簡化了設計、降低了功耗，節(jié)約了整個系統(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、模擬量口及開關量端口的數(shù)據(jù)，由主控芯片對采集到的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換封裝，由ZigBee網(wǎng)絡傳送給傳輸設備。傳輸設備與數(shù)據(jù)采集模塊之間的通信協(xié)議采用“一主多從”方式，傳輸設備作為主機巡檢各個控制模塊，每個模塊有惟一的ID號，只有接收到與自己ID號一致的巡檢命令才執(zhí)行數(shù)據(jù)上傳或動作，這樣能有效地提高通信的可靠性。

    LPC2132包含一個帶8路輸入的10位逐次逼近型模數(shù)轉(zhuǎn)換器，測量范圍為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，也可以是電流LPC信號，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，通過跳線帽同時短路1，2或者2，3來實現(xiàn)電壓與電流輸入的切換，同時短路1，2時是電流輸入，輸入范圍為0～20 mA，同時短路2，3時是電壓輸入，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()：更新需要應答上位機巡檢的數(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)化時鐘為1 MHz，工作于正常模式。
   
    此函數(shù)實現(xiàn)A／D寄存器中數(shù)值的讀取并計算實際電壓值，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，將接收到的火災報警控制器數(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)對采集到的數(shù)據(jù)進行整理暫存，以便發(fā)送給傳輸設備。

3 結語
    本系統(tǒng)采用短距離無線技術及遠程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控技術，實現(xiàn)了對火災報警控制系統(tǒng)及聯(lián)動系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與遠傳，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。