0 弁言
越来越多的大型繁芜建筑、职员密集型场所、地下建筑、危险品存放地点等的呈现，使传统有线报警系统[1]不能知足哀求。无线自组网[2]无需基站和铺设通信线，覆盖面广，探测器可安顿在任意位置，分布节点多，不受建筑条件限定，布设大略，掩护方便，本钱较低，适宜各种繁芜建筑构造，是失火有线监控系统的一种有效补充。
在工业上无线自组网用得较多的有ZigBee协议[3]和SimpliciTI协议[4]。在失火监控领域，对ZigBee技能也有所研究[5]，但是ZigBee利用2.4 GHz频段，穿透能力差，在建筑物内特殊在繁芜构造中远不如433 MHz穿透能力强、抗滋扰性好、传输间隔远。
鉴于上述背景，本文研制了基于433 MHz、采取SimpliciTI协议构建无线自组网的失火报警系统。
同时依据国家标准《失火自动报警系统设计规范2013》[6]，在研制探测掌握器的根本上，将可燃气体报警系统纳入失火报警系统中，实现对失火与可燃气体泄露的同时监测。
1 433 MHz无线自组网与通信协议
433 MHz无线自组网是由分布在监测区域内的433 MHz微型无线吸收/发射节点，通过无线通信协议的自组织网络系统，来采集和处理网络覆盖区域里的计量仪表数据。通过网络协议，网络拓扑能自动配置和管理，同时自组网中的无线通信接口设备能作为数据中继利用，从而形成具有自组功能的多跳无线网络。
失火监控系统内的监控设备位置固定，通信协议须具备如下功能：能够自行组建和管理通信网络；具有多跳转发机制，以延长通信间隔；有较强的抗滋扰、抗安全风险能力。
SimpliciTI网络协议是由TI公司开拓的针对低射频网络的小型低功耗无线自组网络协议，协议供应三类无线通信接口节点设备：数据中央节点设备、范围扩展节点设备和终端节点设备。SimpliciTI网络协议定义的网络拓扑有点对点和星形网络，通过范围扩展设备，可以实现网络拓扑扩展，以多跳形式形成树形网络拓扑。SimpliciTI网络拓扑如图1。
SimpliciTI协议有较远的传输间隔和较高的传输速率，适宜用于失火监控系统。同时该协议源代码开放，有利于系统开拓。根据失火监控的实际布局，选用SimpliciTI协议树形网络拓扑。
2 系统硬件设计
本文研制的SimpliciTI树形网络由终端探测器节点、中继器节点和数据中央节点组成。以中央节点为核心，组成RF 433 MHz通信网络进行节点间无线通信。同时中央节点接入GPRS连接消防中央PC机。
2.1 433 MHz无线通信单元
433 MHz无线通信单元是本设计的核心，由微处理器模块、无线通信模块、天线模块和电源模块组成。
无线通信模块选用TI公司开拓的运用SimpliciTI协议的CC1110芯片，该芯片内含一个增强型8051MCU内核和高性能CC1101RF无线收发模块的芯片，包含数字转换器、定时器、32 KB Flash和4 KB RAM。同时集成了一个高度可配置的调制解调器，支持不同的调制格式，为数据包处理、突发数据传输等供应硬件支持。只需少量外围元件即可完成系统射频电路设计。由于其内含8051MCU，在终端节点设计中无需外加微处理器。
CC1110事情于315 MHz、433 MHz、868 MHz和915 MHz的ISM（工业、科学和医学）免费频段，具有高灵敏度和强抗滋扰性。可降落开拓运行本钱并减少误报漏报。本设计采取433 MHz频段，紧张是考虑433 MHz的强穿透性和抗滋扰性，适于繁芜构造建筑和电磁波滋扰的区域。
2.2 智能监控终端
智能终端设备包括传感器模块、微处理器模块和433 MHz无线通信模块，硬件功能如图2所示。
由于终端探测器中嵌入了微处理器和无线通信模块，使其由单一旗子暗记采集功能扩展为集旗子暗记采集、数据处理和无线数据传输为一体的探测掌握器。依据国家标准《失火自动报警系统设计规范2013》，将可燃气体报警系统纳入到失火监控系统中，实现失火烟雾与可燃气体泄露同时监控。
此外，探测掌握器在不宜组网建立自动报警系统的区域，可独立利用，在烟雾或可燃气体泄露超过阈值时，探测器会发生发火声光报警。
智能终端设备的无线通信功能为：广播入网要求；加入数据中央节点设定好的无线通信网络；将采集到的失火烟雾和可燃气体报警信息上发至数据中央。
2.3 数据中央设备
数据中央设备是系统的核心，担负全体系统433 MHz组网、吸收各节点数据、报警、数据存储显示及连接外网GPRS向远程消防中央传输警报。硬件由微处理器模块、远程数据传输模块和433 MHz无线通信模块组成。主掌握器采取MO516微处理器，实现监控与无线通信的折衷功能。无线通信模块选用CC1110芯片，GPRS单元选用SIM900A。构造如图3。
数据中央设备的无线通信模块的功能为：完成无线自组网；等待终端和中继设备入网并为入网设备分配端口PORT号；将终端采集到的警报信息上传到消防中央。
2.4 中继器
中继器为数据转发单元，以微处理器MO516加无线通信模块CC1110构成。
3 系统软件设计
软件设计包括终端探测器程序设计、中继器程序设计、数据中央程序设计。
系统初始化之前，利用TI公司的SmartRF Studio运用程序，对系统事情的载波频率、传输速率、信道宽度、数据调制办法等系统参数进行设置。
软件开拓环境采取CCS V4.2。Code Composer Studio是TI公司开拓的专门用于TI的DSP、微处理器和运用场置器的集成开拓环境。
SimpliciTI协议规定两个设备之间进行通信时，须要有一个连接过程。连接信息中要包含一个4 B的连接标志，接管连接的设备才能许可该设备加入网络。网络连接是协议的关键步骤，紧张通过侦听、连接和加入实现设备的网络加入。
在SimpliciTI协议中，一个网络地址由两部分构成：物理地址（由程序设置）和运用层地址（PORT）。物理地址是程序体例过程设定的，网络中的每一个设备在网络中有唯一的硬件物理地址。运用层地址（PORT）是在设备加入过程等分配的。
数据中央节点程序流程如图4。当系统上电复位后，首先进行系统的初始化，分别是BSP初始化、协议栈初始化以及定时器/串口的初始化。然后等待网络设备的加入，如果有节点设备，建立连接分配PORT编号；如果没有，则监测是否收到数据帧。如果有报警数据，则通过GPRS上报到远程消防中央。
中继设备节点的浸染是延长数据的通信间隔，起到扩展设备通信间隔的浸染。中继设备节点上电复位后，首先进行BSP、协议栈、定时器/串口初始化，然后向数据中央节点发送加入网络要求，等待加入。成功加入网络后，等待吸收网络数据帧，当收到网络设备发送来的网络数据帧，并剖断为合法，则转发数据信息。中继设备程序框图如图5。
终端节点卖力数据的采集。终端节点上电复位后，首先进行BSP、协议栈、定时器/串口初始化，然后打开串口中断，发送加入网络要求，等待加入。终端节点加入网络后，在事先设置好的频率或信道上发送信息序列，并利用事先设置的密钥对数据帧进行加密和解密。对采集的数据进行处理，如果超过阈值，则将报警信息发送至数据中央。收到数据中央巡检命令后，采集终端事情状态信息，并发送至数据中央。终端节点程序框图如图6。
4 结论
以上先容的终端探测掌握器，将可燃气体监控接入失火报警系统，实现了失火烟雾与可燃气体泄露同时监控。系统采取无线自组网数据传输办法，无需基站，无需布线，掩护方便，可作为有线办法的有效补充。本系统已在山东、辽宁等地区运用，取得了良好效果，并取得了专利权[7]。
参考文献
[1] 王军，马青波，隋虎林，等.失火自动报警监控联网技能的运用与发展[J].消防技能与产品信息，2003（12）：8-10.
[2] 曹蓟光.自组织网络技能的发展趋势[J].电信网技能，2007（7）：39-42.
[3] 丁雪莲.ZigBee协议栈浅析[J].电脑与信息技能，2013，21（5）：18-21.
[4] 张颖，李俊莆，杨臻.基于SimpliciTI协议的无线自组织网络系统设计[J].自动化仪表，2012，33（9）：53-56.
[5] 胡祝格，赵敏华.基于信息领悟技能的无线失火探测报警系统[J].电子科技，2012，25（10）：36-39.
[6] GB50116-2013.失火自动报警系统设计规范2013[S].北京，2013.
[7] 张瞳，陈俊恺.一种无线失火感烟报警远程监控系统：中国，ZL 2011 2 0358796.X[P].2012-05-30.
