三、物联网火灾自动报警联动控制系统组成及设计
物联网火灾自动报警系统伴随物联网技术发展起来，并日益得到广泛关注，基于物联网技术的火灾报警系统，能有效避免有线式火灾报警系统的弊端，即安装维护成本高、信息交互繁琐、升级改造难度大、对于建筑使用功能变化的适应性差等。在实际物联网火灾报警系统设计中，应综合考虑系统的规模及通信容量、系统的开放性、联动消防设备的种类等。
3.1组成
物联网火灾自动报警系统，其控制器的通用监控终端基于嵌入式 Linux 系统，经由 Qtopiacore界面的Socket 信息通讯，实现火灾灾情的实时监测与设备联动。其中，监控终端涵盖了火灾探测器的性能监控、监控信息的获取、信息处理，并监测火灾信息、火灾预警以及消防设备的联动等功能。
基于 Linux 的监控系统包括系统层、驱动层、程序层以及 GUI 层等 4 大层次。其中，系统层包括文件系统、Linux 内核 、Bootloader 等主要部分; 硬件驱动层中，包括实现系统各项功能所需的各项硬件驱动，如并串口、网卡驱动等; 程序层提供了火灾报警控制器终端程序，通过该层次可实现火灾灾情信息的实时监测以及信息交互，控制火灾疫情。
3.2设计
3.2.1物联网通信系统架构设计
在对于现有建筑物进行火灾自动报警系统的设计时，首先需预估系统的通信规模，结合建筑物现有火灾报警装置的应用现状以及功能需求等进行针对性地选择。
无线通信系统开放性较强，其信息交互的范围以及传输速率受建筑物规模及障碍物影响较大，本公司的产品采用WiFi通讯的信号收集器，覆盖范围可达30m，每个信号收集器采用射频技术，相互组网。实现全无线通信场景，保证信息的实时监测及传输。
物联网火灾自动报警系统架构见图 1 所示，系统涵盖了火灾报警控制器、信号收集器以及现场模块等部分。
其中，信号收集器起到信息交换的媒介作用，建立局部无线网络，并经由 433M 射频模式接入现场模块，具有较好的抗干扰性能; 信号收集器可通过有线( 总线通信) 或无线( 433M 射频或WiFi通信) 连接方式与总控制器建立连接，当接到火灾报警信息时，能够及时上传信号至总控制器，联动消防设备;
现场模块涵盖了火灾触发( 探测器、报警按钮等) 、设施监管( 防火门以及消防设备的检测) 和输出( 联动输出、声光报警) 等部分，报警控制器可与不同信号收集器建立连接，以完成诸如火灾触发、设备监管以及输出联动等多方面的功能，并通过跳频模式建立网络连接，提升信号交互的稳定性。
图 1 物联网火灾自动报警系统架构
3.2.2无线通信信号收集器硬件设计
信号收集器硬件设计结构见图2所示，涵盖了主控MCU、无线管理、电源管理、信号采集等方面。其中，主控MCU采用MSP430 高性能芯片，以进一步提升其运行性能同时降低功耗，无线管理功能的实现是使用433频段，并采用MＲF49XA射频芯片设计系统架构，其优越的调频性能保证了高效的射频利用率，火灾信号采集以及设备监管信号采集装置采用高灵敏度传感器，具备双向收发功能，保证信息交互的实时性及准确性，同时各部分均具有休眠唤醒功能，实现电源的高效管理。
图 2 信号收集器硬件设计结构图
3.2.3无线通信功能设计
对于火灾自动报警系统而言，无线通信功能具有单次通信数据量少、实时性要求高、故障监测通信具有常发性、火灾报警信号的传输具有偶发性、具有能耗约束等特点，通信信息多为开关状态量，信息的发出与接收有严格的时间要求，以保证系统功能的实现。对于系统无线通信功能的设计需充分考虑以上特点，并最终提出低耗压缩通信帧式巡检协议。
对于信号收集器通信帧进行设计时，要考虑到系统信息通信对信息时效性要求较高，设计系统通信帧结构如图3所示。信号收集器单帧数据容量10B，符合系统单次通信数据量少的特点，有利于性能的提升，前导字节、类型及状态、数据均为1B，由源地址与目的地址组成的地址域占2B，固定字节同步字为2B。系统采用位编码方式实现多种编码类型及方式。
图 3 通信帧结构图
在巡检逻辑设计方面，设计依据为系统通信行为的功耗约束特点。相关研究表明，单个巡检周期内，网络规模与能耗优化存在相互制约关系。信号收集器被现场模块间歇性唤醒，以实现对于火灾的实时性检测预警，信号收集器间的休眠唤醒功能极大地降低了系统整体功耗，且检测到火灾疫情时能够及时动作。
因此，本系统巡检逻辑设计具备了巡检周期可调的特点，可通过降低通信次数来降低系统能耗，且信号收集器承担通信系统主要能耗，规避能耗约束，实用性强，同时火警轮询指令可用于巡检间隙，保证通信的实时性，避免信息传输延迟造成损失。（待续）
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