基于信息融合技術的無線火災探測報警系統

2 系統硬件設計
目前各類型的火災探測器MCU都是利用單片機技術，系統選用和8位單片機價格相當的32位處理芯片的STM32F103RBT6作為火災報警控制器和復合探測節點的主控芯。STM32F103RBT6是ST公司推出的32位微控制器，使用了先進架構的ARM Cortex—M3內核，其靈活的靜態存儲器控制器能方便地與許多存儲器和外設連接，同時由于其具有豐富的片上外設，從而簡化外圍電路設計。
2．1 微控制器電路設計
微控制器STM32F103C6最小系統電路包括電源電路、時鐘電路、復位電路。電源和復位電路如圖4所示。

2．2 傳感器的選擇
系統中溫度傳感器采用LM35DZ，它是把測溫傳感器與放大電路做在一個硅片上，形成一個集成溫度傳感器。其靈敏度為10 mV／℃；工作溫度范圍為0～100℃；工作電壓為4～30 V；精度為±1℃。最大線性誤差為±0．5 ℃；靜態電流為80μA。其輸出電壓與攝氏溫標呈線性關系，轉換如式(1)所示。
Vout_LM35(T)=10 mV／℃×T℃ (1)

溫度采集電路及運放電路設計如圖5所示。煙霧傳感器和CO傳感器分別選用常見的MQ-2和MQ-7型氣體傳感器。這兩種傳感器均為基于二氧化錫(SnO2)的金屬半導體傳感器，敏感機理為被檢測氣體吸附造成的半導體敏感層電導率的變化。下面以MQ-2型氣體傳感器為例，介紹其工作原理。MQ-2型氣體傳感器對不同種類和濃度的氣體有不同的電阻值，使用MQ-2型氣體傳感器的測量電路比較簡單，如圖6所示。MQ-2型氣體傳感器的加熱端和測量輸入端均用5 V DC供電，輸出端V1經調理輸入到MCU，V1的大小與煙霧濃度值直接相關。

2．3 ZigBee通信模塊
ZigBee是一種近距離、低功耗、低數據傳輸率、低復雜度和低成本的無線網絡技術。它有3個工作頻段，分別為868 MHz,915 MHz和2．4 CHz。其中，868MHz和915 MHz頻段為歐美國家使用。而2．4 GHz頻段則為全球通用的免費ISM(Industrial ScientificMedical)頻段，該頻段16個信道，數據傳輸率為250 kbit·s-1。ZigBee無線網絡基于DSSS擴頻技術，采用CSMA／CA的信道接入方式，節點間的通信距離介于10～100 m，加上PA模塊后可達千米。
文中無線通信模塊選用順舟科技SZ05系列Z-Bee嵌入式無線串口通信模塊，采用加強型的ZigBee無線技術，它具有通訊距離遠、抗干擾能力強、組網靈活等優點和特性；可實現多設備間的數據透明傳輸；可組Mesh型的網狀網絡結構。

3 系統軟件設計
從整體上看，可以將系統軟件分為兩個部分：火災報警控制器軟件程序和復合探測節點軟件程序。系統采用模塊化的編程思想，把軟件系統化為多個功能模塊，主程序通過調用各子程序來完成復雜功能的實現。
系統為確保各個節點都處于正常工作的狀態，報警控制器定時根據接收到的各節點的ID號判斷各節點是否正常工作。若火災報警控制器在一段時間內未收到某一復合探測節點的ID號信息，則判定該節點出現故障，在顯示屏上顯示相關信息并報錯以便工作人員能及時處理。