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基于无线传感器网络的智能建筑安防系统研究1

摘要：传统的基于电话线或总线式的智能建筑安全防范系统存在通信堵塞或布线困难等问题。本文将无线传感器网络引入智能建筑安全防范系统，提出了基于无线传感器网络的智能建筑安全防范系统的基本结构和具体实现方法。系统充分发挥无线传感器网络组网方便、灵活等特点，利用大量分散布置的无线传感器收集各类信息并通过汇聚结点(基站)传送给中心计算机进行处理，根据处理结果作出相应的反应、处理。本文详细探讨了网络系统的构成、信息的收集和处理。

关键词：无线传感器网络，智能建筑，安全防范系统

1.引言

智能建筑（IntelligentBuilding）是信息时代的产物，是高科技与现代建筑艺术的巧妙集成，也是综合经济实力的象征。它一般由三个子系统组成：楼宇自动化系统(BuildingAutomationSystem)、通讯自动化系统(CommunicationAutomationSystem)和办公自动化系统(OfficeAutomationSystem)[1]。在国内，又将消防自动化系统(FireAutomationSystem)和安保自动化系统(SecurityAutomationSystem)从楼宇自动化系统中独立出来，构成智能化建筑的五个子系统，这就是通常所说的5A智能化建筑。

给人们生命和财产带来最大的威胁包括两大方面，一方面是由人引起的破坏（如盗窃、抢劫等），另一方面是自然灾害引起的破坏（如火灾、煤气泄漏等），而目前智能建筑安全防范系统所采用的联网方式存在布线复杂，易受环境限制等诸多缺点。另一方面，无线传感器网络具有价格低廉、体积小、组网方便、灵活等特点，能在人们不易到达的地方或危险的区域布置，具有得天独厚的优势[2]。本文将无线传感器网络引入安全防范系统，充分发挥无线传感器网络的优点，以提高智能建筑安全防范系统的整体性能。

目前，无线传感器网络得到世界范围内的广泛重视，可广泛应用于军事侦查、森林防火、环境监测、医疗保健等众多领域。在这类应用领域中，传感器节点可以随机布置，且数量庞大、通信协议相对更复杂。而智能建筑安全防范系统具有自身的特点，其传感器节点可以有针对性的预先布置，因而具有相对固定的网络拓扑结构，网络通信和路由协议等也具有其特点。因此，在系统设计时应仔细考虑这些问题。

2.系统联网方式

当前安全防范系统的联网方式采用电话线、总线、电力线、专线、无线等多种方式，而目前应用最广泛的是总线和电话线，见表1。

由表1可知，总线和电话线联网方式有自己的特点，但外部环境对它们限制很大，不能“随心所欲”布线。本文采用无线传感器网络联网方式能有效地克服两种联网方式的缺点，同时又兼有两者优点。

1本课题得到湖北省自然科学基金项目（项目编号：2006ABA302）的资助。

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表1系统联网方式

总线

电话线

无线传感器网络

特点

容量大，集成性能优，适合大中型建筑，特别是新建建筑。

对线路敷设、总线隔离技术要求高，不适合独家独户使用，只能联网使用，通信距离短。

不需额外布线，适合老区改造，可方便用手机、电话等语音方式通讯报警。

容易产生堵塞现象，通讯费用高。

无需布线，节点布置灵活，通信可靠无堵塞，可有效杜绝死区。

3.安全防范系统总体设计

3.1系统总体设计

以某商务写字楼单层为例，传感器节点可按图1所示布置构成无线传感器网络。其他建筑，如住宅小区等与此类似。

AA：写字间B：报告厅、会议厅C：卫生间。传感器节点端机节点BBA

A

A：写字间

B：报告厅、会议厅

C：卫生间

。传感器节点端机节点

B

B

A

AAACCA

A

A

A

C

C

上位PC机

图1单层商务写字楼无线传感器网络

上位PC机以此为基础扩展，将图1中端机节点作为小节点，构成以单层为单元的整栋商务写字楼无线传感器网络，如图2所示。

上位PC机

图2整栋商务写字楼无线传感器网络

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传感器在整个系统中起着关键作用，表2例举了系统可选传感器类型。表2系统可选传感器

作用

传感器类型

参考型号

防盗报警

热释电红外传感器

PIS-209S、RE200B

门磁开关传感器

FD系列

玻璃破碎传感器

BS-02

火灾检验

感烟传感器

HIS-07、NIS-09C

感温传感器

TPS-333、TPS-334

煤气泄漏

煤气传感器

MQ-5、MQ-216

3.2节点设计

节点组成框图如图2所示。端机节点与基站节点有所区别：基站节点无传感器模块，而端机节点无上位PC机模块。

地源控制

射频芯

射频芯片

燃