基本信息
- 项目名称：
- 基于无线传感网(WSN)的火灾自动报警系统
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本作品采用ZigBee无线传感网进行数据传输。解决了传统火灾报警系统布线难、误报率高、一些特殊场合不适用等问题。系统网络配套相应上位机软件，用于操作人员进行全网监控。 系统完成对环境温度、烟雾及有毒气体检测，某项值超标即出发报警。上位机接收报警信息后显示报警地点，实时记录报警信息。其上设紧急疏散按钮，可向全网节点发送指令，亦可拓展控制其它联动装置，最大程度降低火灾造成的损失。
- 详细介绍：
- 本系统是基于ZigBee技术的无线火灾自动报警系统，系统一改传统火灾自动报警系统的CAN总线结构，采用ZigBee网状结构网络进行数据传输。解决了传统火灾自动报警系统布线难、后期维护复杂、误报率高、一些特殊场合不适用等一系列问题。同时，系统网络配套编有相应上位机软件，其人性化设计便于操作人员对全网进行监控。 系统完成的最主要的任务是对环境中温度、烟雾及有毒气体浓度的测量。只要系统监控区域中节点测量到某一项指标的值超出上位机设定的门限值后即触发报警。上位机接收并处理相应数据，提示操作人员是哪个位置的节点、哪一项指标出现异常。同时上位机将所有报警节点的位置信息、触发报警原因连同上测量值和当前时间一并被写入数据库的报警记录表中，便于后期查看。 此外，网络各终端均设有独立报警按钮，当发生火灾时，楼内人员可以通过按下报警按钮向监控室报警，上位机接收到报警信息后发出警报并显示报警地点，提示操作人员。 若出现紧急情况，可以通过上位机设置的紧急疏散按钮向网络中所有节点发送指令。当终端接收到紧急疏散指令后触发声光报警，提示建筑物内的人员紧急撤离。同时也可以通过该紧急按钮拓展控制其它联动装置，比如开启洒水系统，在火灾发生时用于辅助控制，最大程度降低火灾造成的人民的生命财产损失。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 火灾是一种受国内外普遍关注且发生频率较高的灾害，随着我国经济的快速发展，各地的火灾隐患越来越多。几乎每次火灾都带来严重的人员伤亡和巨大的财产损失。现今虽大多数场所均装有火灾自动报警系统，但从火灾发生前后，我们并没有看到这些系统发挥其应该发挥的作用。 我们希望设计一个新型火灾报警系统来改善这种现状。经调查表明，传统系统主要的不足之处在于整个系统采用的是总线型结构，通过线缆将火灾探测节点串接起来的。这就导致线路成为整个系统的命脉，而现实是线路成为了传统系统最易受到损坏的环节。小动物啃食，环境腐蚀，尤其在火灾发生时，线路极易遭到破坏，使系统瘫痪。 经过思考，我们创新性地用无线传感网取代线缆运用于火灾自动报警系统中，并采用ZigBee无线传输规范，运用ZigBee无线自组网功能及其网络自愈能力来保证数据的有效传输。这样一来，不仅提高了系统的可靠性，解决了传统系统主要缺陷，而且额外的增加了许多优势。比如省去了传统系统繁琐的布线工序，简化系统复杂的维护过程，降低系统误报漏报率。 系统的技术关键在于ZigBee的组网实现。我们选择了ZigBee网状结构网络作为报警系统的数据传输网络。这种网状网最多能够容纳65000个节点，完全能够满足系统需求。我们设置网络节点除协调器节点外，其他节点均有路由转发功能。每个节点均能作为其它节点的父亲节点，父节点为其子节点的信息传输提供接力，如此便可建立多条通至网络协调器的链路，从而保证数据可靠地传输至上位机进行处理。
科学性、先进性
- 无线传感器网络为大型建筑突发灾难救援系统的研究提供了全新的思路和突破点。WSN利用大规模分布节点协同作业，具有动态自组织、高可靠性和以数据为中心等特点，被公认为21世纪最具发展前景的新兴技术。对于大型建筑突发灾难救援，WSN的突出优势在于:不依赖基础设施，能多径路由、自修复和自维护；拥有大量分布节点和信息融合机制，能有效降低系统的误报警概率等，这些特性都是传统系统所无法比拟的。 我们的系统中就采用无线传感器网络，依据ZigBee无线传输技术规范，设计出具有强大竞争力的新型无线火灾自动报警系统。其先进性不仅体现于采用新的技术，相比之下，系统灵活性、可靠性、拓展性均有提高。比如它不仅布设简单，维护方便，而且线路腐蚀和鼠啃的问题亦不复存在。 系统运用ZigBee技术，构成网状结构网络，可以一改传统火灾报警系统因设备串联方式而导致极易失效的弊端，网络每一个节点都可以选择多条路径将数据传递到目的端。这样一来漏报误报的概率能够大大的降低，系统功能即能得到完全的发挥。
获奖情况及鉴定结果
- 2010年10月 申请为校创新基金重点资助项目 2011年04月 获校“东软杯”科技发明制作A类一等奖
作品所处阶段
- 中试阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物，现场演示 ，图片 ，录像 。
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本系统目前由一个协调器及两个终端节点组成。网络受上位机监控。终端监测温度、烟雾及有毒气体，超过阀值即报警。上位机监控全网工作状态，可对全网发出指令。其上设有按钮，可触发全网节点报警，亦可启动相关联动装置。同时上位机可自动存储报警记录。每个终端设有手动报警按钮。 本系统是无线传感网在火灾报警系统中的运用，用无线数据传输方式替代线缆传输。该网络采用ZigBee技术，网路自组织，从而极大的提高了系统信息传输可靠性，节约材料的同时，简化系统施工流程并缩短施工周期。 系统继承传统系统功能，并在此基础上加以完善，克服其不足。创新性地引入无线传感网通信，使系统的运用前景更加广泛，能在一些传统系统无法适用的场合发挥功能。如严禁穿墙布线的文化遗址，临时搭建场所等。 基于以上叙述，本系统有着广阔的运用前景及强大的竞争力。采用新兴的无线传输技术，系统先进性得到保证。其无需布线、缩短工期、维护简单等优势能够大大降低系统安装及维护成本，可预计本系统能够带来极大的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 无线火灾报警系统是近几年来在国外发展起来的新型火灾报警系统，与传统的火灾报警系统相比有它独特的优势并孕育着巨大的市场潜力。 国内外关于无线火灾报警系统的研究方兴未艾，由于其与有线系统在工程安装上无可比拟的优越性，正越来越被人们看好。无线报警系统最早是在1985年由英国推出，并逐渐走向了实用化。到1995年，英国己安装1000多个无线报警系统，并向许多欧洲国家出口。日本报知机公司推出的无线报警系统，信号传输距离50米，发射机频率400MHz，输出功率lMW，接收机灵敏度在0.5UV以下。目前，无线火灾报警系统的主要生产厂家有美国的ITI公司、英国的科艺安全公司、EMS消防系统公司和日本的报知机公司、松下电工公司等。 美国松柏公司(ITI 公司)成立于1981年,是目前美国最大的生产无线报警系统的厂家,其生产的产品占全北美洲无线报警市场的90%, 年销售额目前已接近一亿美元。该公司生产的无线火灾自动报警系统也已通过我国“国家消防电子产品质量监督检测中心”的检测。该系统既可做为火灾报警, 又可做为保安系统, 两者兼用, 是一种高科技的无线保安系统。 ITI 创办人除发明第一代全监控无线警报系统外, 还同时发明了自动数码拨号器, 并拥有数十个发明及设计专利。1983年推出第一代可靠性可与有线系统媲美的无线报警系统。1983年前, 美国的无线系统一般并不可靠, ITI公司采用了多种军用技术使无线报警方法有所突破, 采用数码传送及鉴别技术, 大大提高可靠性及排除干扰。 ITI公司过去十多年来在行业内一直处于领先地位, 主要是不断改良及开发新技术, 目前的第三代技术属于世界上最先进的无线报警技术, 而第四代的产品亦将于短期内陆续推出。 国内大多采用有线火灾报警系统，有线火灾报警系统技术趋于成熟，相关火灾报警器领军生产商海湾集团拥有该领域领先技术，但仍未涉及无线火灾报警领域。国内尚未出现无线火灾报警系统产品，而目前国外的类似产品，主要是作为楼宇自控系统的附属子系统，不符合我国有关火灾报警必须自成系统的设计原则，因此国外目前的无线火灾自动报警系统在我国消防消防领域的应用受到了限制。
