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基于ZigBee的智能楼宇防火监控系统研究

作　者: 郭振寅
导　师: 王涛
学　校: 河北工业大学
专　业: 机械工程
关键词: 智能楼宇 ZigBee 协议栈 BP神经网络 防火监控
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


城市楼宇作为21世纪经济快速发展的产物，其内部装饰材料多、电器设备多、人员多、楼层多，如果发生火灾,火势将会迅速蔓延,造成重大的人员伤亡和经济损失。传统的火灾监控存在很多漏报误报现象，无法满足现代火灾监控的准确性、稳定性要求。因此，建立智能楼宇的防火监控系统显得尤为重要。本论文利用ZigBee技术与数据融合技术相结合方式对智能楼宇的防火监控进行研究。在ZigBee技术中，本论文对ZigBee设备类型、协议栈结构及工程文件进行详细分析，并研究了ZigBee的地址及路由能力,设计了火灾监控网络的整体结构。在数据融合中，采用人工神经网络技术，设计了三层BP神经网络模型对采集温度、烟雾和CO数据进行融合，得出火灾发生概率，我们利用Matlab中神经网络工具箱对设计BP网络模型进行训练。在总体设计部分，分硬件和软件两部分对系统进行设计。硬件部分，系统采用2.4-GHZ的CC2530芯片作为ZigBee节点的主控芯片，运用温度、烟雾以及CO三种传感器进行数据采集，详细设计了系统的硬件电路。软件部分，利用TI公司的Z-Stack协议栈开发建立系统，设计了协调器和终端节点的软件流程，并重点研究了三种传感器的软件设计。最后对系统进行了组网及火灾监控的测试。

全文目录


摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
第一章 绪论  8-14
  §1-1 智能楼宇防火监控系统研究的背景及意义  8
  §1-2 国内外防火监控研究现状  8-11
    1-2-1 火灾探测的发展过程  8-10
    1-2-2 多传感器信息融合技术发展  10-11
  §1-3 短距离无线通讯技术发展  11-13
  §1-4 本文主要研究内容  13-14
第二章 ZigBee 技术研究及系统整体构架设计  14-23
  §2-1 ZigBee 协议栈  14-18
    2-1-1 ZigBee 协议栈产生  14
    2-1-2 ZigBee 的网络设备类型  14-15
    2-1-3 ZigBee 协议体系结构  15-17
    2-1-4 Z-Stack 的工程文件  17-18
  §2-2 ZigBee 的地址  18-20
    2-2-1 地址定义  18
    2-2-2 网络地址分配  18-19
    2-2-3 寻址  19-20
  §2-3 路由能力  20-21
    2-3-1 路径发现和选择  20
    2-3-2 路径保持维护  20
    2-3-3 路径期满  20-21
  §2-4 防火监控系统整体构架  21
  §2-5 本章小结  21-23
第三章 火灾数据融合应用研究  23-35
  §3-1 多传感器数据融合概述  23-24
  §3-2 人工神经网络  24-26
    3-2-1 人工神经网络发展历史  24
    3-2-2 神经元模型  24-26
  §3-3 BP 神经网络模型设计  26-34
    3-3-1 BP 神经网络模型  26-30
    3-3-2 BP 神经网络初始值选取和算法训练  30-31
    3-3-3 Matlab 进行神经网络收敛性测试和样本训练  31-34
  §3-4 本章小结  34-35
第四章 系统硬件的设计和实现  35-47
  §4-1 防火监控系统的网络节点整体结构  35-36
    4-1-1 网络节点硬件设计流程图  35-36
    4-1-2 网络节点硬件的整体框图  36
  §4-2 无线通讯模块  36-39
    4-2-1 CC2530 芯片  36-37
    4-2-2 CC2530 无线通讯模块电路设计  37-38
    4-2-3 CC2530 调试接口电路  38-39
  §4-3 辅助模块  39-41
    4-3-1 电源设计  39-40
    4-3-2 串口转换电路  40
    4-3-3 LED 指示和报警电路  40-41
  §4-4 传感器模块  41-46
    4-4-1 SHT11 温度传感器  41-43
    4-4-2 MQ-2 烟雾传感器  43-45
    4-4-3 MQ-7 CO 传感器  45-46
  §4-5 本章小结  46-47
第五章 系统软件的设计和实现  47-60
  §5-1 OSAL 操作系统的事件轮询机制  47
  §5-2 协调器的软件设计  47-49
  §5-3 终端节点的软件设计  49-57
    5-3-1 终端节点的流程图设计  49-50
    5-3-2 STH11 的数据采集流程  50-55
    5-3-3 MQ-2，MQ-7 数据采集流程  55-57
    5-3-4 采集数据融合  57
  §5-4 系统测试  57-59
  §5-5 本章小结  59-60
第六章 结论和展望  60-62
  §6-1 结论  60
  §6-2 展望  60-62
参考文献  62-64
附录 A  64-65
致谢  65

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 监视、报警、故障诊断系统
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