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基于Zigbee的多点布设式可燃气体检测系

统设计

作者：王铁门群范凌云

来源：《消防界》2018年第08期

摘要：结合消防部队对处置可燃气体泄漏事故的作战需要，提出一种基于Zigbee的多点

布设式可燃气体检测系统的设计方案，以CC2530为基础组建无线传感网络对各个子节点所监

测到信息进行无线传输，实现对灾害事故区域内可燃气体浓度的可视化监测，为消防部队的灭

火作战和战斗预警提供有效的参考依据。

关键词：Zigbee；多点布设；可燃气体；检测系统

随着我国经济发展日新月异、人民生活水平稳步提升，工业发展速度与规模也在不断增

大，与此同时，消防部队面临工业火灾时也遇到越来越多的挑战。液化石油气（LPG）作为重

要的化工原料和洁净的燃料，被广泛地运用到工业领域和民用领域。但近年来LPG在生产、

运输、储存和使用过程中发生多起泄露事故，其易燃性、易爆性严重威胁人民的生命财产安全

和消防员的生命安全。如表1所示，近年来发生的LPG泄露事故。消防部队在处置此类灾害

事故时，最重要的工作就是保证灾害现场的实时侦察工作顺利进行，为指挥员作战力量的部署

提供判断依据。针对此类问题，本文设计开发基于Zigbee的多点布设式可燃气体检测装置，

可实时监测事故区域内的可燃气体的浓度信息，并在后台实现可视化监测，为指挥员提供灾害

现场的预警信息和可燃气体浓度变化情况。

一、系统的总体设计方案

多点布设式可燃气体检测系统包括子节点系统、网关节点系统和终端系统三部分组成，其

中子节点系统利用Zigbee进行组网，主要功能是收集检测点的温度、湿度、可燃气体浓度和

地理位置坐标；网关节点系统是子节点系统和终端系统的门户，用于信息的传递，以保证子节

点系统所搜集信息的上传和终端系统数据的下传；终端系统是用于展示所搜集数据的可视化平

台，以数字和地图的形式展示所探测到的所有数据信息。系统结构如图1所示。

二、系統硬件设计

无线传感网络子节点是组成多点布设式可燃气体检测系统的基本单元，是整个可燃气体检

测系统的核心。无线传感网络子节点主要工作是完成信息的采集和数据的传输。无线传感网络

子节点系统包括无线通信模块、数据处理模块、温湿度采集模块、可燃气体浓度采集模块、地

理位置采集模块、报警包块和电源模块等，其具体实物图如2所示。

1.CC2530模块

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CC2530是专门针对IEEE802.15.4和Zigbee应用采取的单芯片解决方案，具备经济、高效

和节能的特点。CC2530包含四种不同的版本：CC2530-F32/64/128/256。分别带有

32/64/128/256KB的闪存空间；它整合了全集成的高效射频收发机及业界规范的增强型8051微

控制器，8KB的RAM和其它合适的支撑功能和外设。

主要特点：

（1）支持无线闪存和高效的擦除周期，便于系统的更新；

（2）8kBRAM用于更为复杂的应用和Zigbee应用；

（3）可编程输出功率达+4dBm；

（4）具有较低电量损耗，支持系统的超长运行；

（5）具有强大的地址甄别和数据包处理整合引擎。

实物如图3所示。

温湿度检测模块2.

本设计所选用的温湿度传感器为DHT11型号传感器，它是一种具有输出数字信号的传感

器模块，该传感器具有较强专业性的数字采集技术以及温湿传感基础，无论可靠性还是稳定性

都较强。实物如图4所示。

可燃气体浓度检测模块3.

本设计选用的可燃气体传感器为MQ-7气体传感器，该传感器具有较强的气敏材料，其材

料使用的是在纯净的空气中导电率较低的二氧化锡。当该气体传感器所处环境中含有一定可燃

气体时，传感器的导电率将发生变化，并且随着可燃气体浓度的变化而变化。不需要复杂电

路，只需要利用较为简单的电路便可实现将电导率的变换转变成为对气体浓度的电反应，并以

信号输出的方式进行显示。据了解，该传感器可以检测多类可燃气体，是一款实用性强，性价

比高的气体传感器。实物如图5所示。

4.GPS定位监测模块

本次设计运用了itrax02GPS接收定位模块，其体积较小，并且功耗最低，