基于ZigBee-WiFi的楼宇火灾监测系统的设计

发布时间：2017-06-26 02:15

  本文关键词：基于ZigBee-WiFi的楼宇火灾监测系统的设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代社会的进步,人们生活水平有了很大的提高。而与人们生活紧密相联的便是楼宇环境,因此,近年来楼宇的安全受到了广泛的关注。现代楼宇已不是传统意义上砖瓦堆砌的躯壳,而是集智能化、信息化为一体、内部信息高度互联的系统。据统计,现代城市中最大的安全威胁就是楼宇火灾,人口密集的居住环境导致火灾隐患的滋生,楼宇内电气设备的增多也加大了火灾发生的可能性。同时,疏散不便、扑救延迟等因素加重了楼宇火灾对建筑和人身的威胁。针对目前楼宇火灾存在的现状及特点,本文提出了ZigBee-WiFi无线网络通信技术,将ZigBee网络和WiFi网络进行互通和转换。结合两种网络的优势,设计出一套能够实时采集楼宇现场环境信息并进行远距离无线通信的楼宇火灾监测系统。由于现场端运用了无线传感器网络技术,增加了楼宇火灾定位预警功能。本系统很好地适用于楼宇内这种复杂特殊的环境,同时具有数据的实时性、定位精度高、传输速率大的特点,能够达到实际应用的标准和要求。本篇论文所建立的ZigBee-WiFi无线网络,采用了以ZigBee技术为核心的无线传感器网络技术和现阶段通用的个人终端接入技术WiFi,以最新一代CC2530芯片和以嵌入式环境为开发基础的RT5350芯片为解决方案,实现楼宇火灾信号的传输及定位预警。论文主要完成的任务有：对ZigBee技术进行研究,通过ZigBee协议栈编程,完成下位机环境数据的采集并实现定位功能；设计ZigBee-WiFi网关,实现ZigBee与WiFi网络的通信；对传统室内定位算法进行研究,将基于RSSI的距离加权原理和传统的质心算法相结合,提出一种适用于多障碍复杂环境下的低成本、低复杂度的改进优化后的三维空间距离加权修正质心定位算法,利用MATLAB对算法精度进行仿真验证；使用LabVIEW编写上位机界面,形象直观地显示数据信息的采集状况,并完成火灾的预警显示；完成CC2530核心电路和外部支撑电路的设计以及硬件制作、传感器的连接调试、网关硬件的制作及通信测试等工作。本文设计的楼宇火灾监测系统可以通过无线方式实时监测楼宇内火灾安全状况,利用ZigBee-WiFi网络进行范围更广的无线通信,同时节省经济成本,传输方式更加灵活。在充分考虑到楼宇的现实环境下,提出了改进优化后的室内空间定位算法,很大程度地提高了定位的精度。经过多次的实验测试,该系统运行稳定,具有较高的可靠性。
【关键词】：ZigBee-WiFi网络 无线传感器网络 楼宇火灾监测 楼宇空间定位
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP277
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题背景及意义10-13
• 1.1.1 楼宇通信系统的现状10-11
• 1.1.2 无线通信技术的发展11-12
• 1.1.3 楼宇无线火灾监测网络的意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-16
• 1.2.1 无线通信网络国外研究现状13-14
• 1.2.2 无线通信网络国内研究现状14-15
• 1.2.3 ZigBee-WiFi网络技术的发展15-16
• 1.3 论文主要内容16-18
• 1.3.1 论文主要内容16-17
• 1.3.2 章节安排17-18
• 2 ZigBee-WiFi无线网络技术18-26
• 2.1 ZigBee无线传感器网络18-20
• 2.1.1 ZigBee无线网络拓扑结构18-19
• 2.1.2 楼宇ZigBee无线传感器网络19-20
• 2.2 ZigBee协议栈20-23
• 2.2.1 协议栈概述20-21
• 2.2.2 协议栈结构分析21-23
• 2.3 楼宇ZigBee-WiFi网络23-25
• 2.3.1 楼宇ZiBee-WiFi无线网络技术分析23-24
• 2.3.2 楼宇ZiBee-WiFi无线网络架构24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 基于RSSI质心的改进优化空间定位算法26-50
• 3.1 楼宇火灾定位技术要求26-27
• 3.2 ZigBee无线定位算法的分类比较27-28
• 3.3 改进优化定位算法28-40
• 3.3.1 基于RSSI的滤波改进测距方法28-31
• 3.3.2 基于RSSI的距离加权质心改进定位算法31-34
• 3.3.3 基于RSSI的距离加权三维质心改进定位算法34-38
• 3.3.4 引入距离加权幂值修正因子优化定位算法38-40
• 3.4 改进定位算法的仿真40-49
• 3.4.1 基于RSSI改进的滤波方法的仿真41-42
• 3.4.2 基于RSSI的距离加权质心改进定位算法的仿真42-44
• 3.4.3 基于RSSI的距离加权三维质心改进定位算法的仿真44-45
• 3.4.4 引入距离加权幂值修正因子优化定位算法的仿真45-49
• 3.5 本章小结49-50
• 4 基于ZigBee-WiFi的楼宇火灾监测系统设计50-66
• 4.1 系统总体设计方案及指标50-52
• 4.2 楼宇火灾的检测52
• 4.3 ZigBee节点硬件设计52-56
• 4.3.1 CC2530核心板设计52-54
• 4.3.2 功能底板设计54-56
• 4.4 关硬件设计56-58
• 4.5 火灾监测系统软件设计58-65
• 4.5.1 ZigBee开发环境58-59
• 4.5.2 传感器功能软件设计59-60
• 4.5.3 定位功能软件设计60-61
• 4.5.4 ZigBee-WiFi网关软件设计61-64
• 4.5.5 上位机设计64-65
• 4.6 本章小结65-66
• 5 基于ZigBee-WiFi的楼宇火灾监测系统功能验证66-74
• 5.1 ZigBee通信测试66-68
• 5.1.1 串口通信测试66-67
• 5.1.2 ZigBee组网测试67-68
• 5.2 数据的采集与定位68-71
• 5.2.1 传感器数据采集68-70
• 5.2.2 定位功能验证70-71
• 5.3 ZigBee-WiFi网络通信测试71-73
• 5.4 本章小结73-74
• 结论74-75
• 参考文献75-78
• 附录A 硬件实物与测试环境78-79
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况79-80
• 致谢80-81

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本文编号：484434