我國是一個海洋大國，海洋面積為陸地面積的三分之一，各類船艇在國防、國民經濟和海洋開發等方面都占有十分重要的地位。船艇的基本部分為船體，其內部有工作艙、生活艙、貯藏艙、儀器設備艙等各種用途的艙室。由于船艇艙室多為狹小的半封閉式空間，艙內消防安全監測尤為重要。

傳統的船艇艙室消防安全監測系統一般采用有線監控的方式，火災探測器直接通過硬線與控制器連接。有線監測系統造價高、布線復雜、擴展性差、設備后期維修困難。目前，無線傳感器網絡已經在各種環境條件的監控系統中得到了廣泛的應用，船艇艙室的監測系統使用無線傳感器網絡，不會出現傳統布線方法帶來的種種不便。由于消防安全為長期的連續監測，使用ZigBee這種安裝簡單、能量消耗小的短距離無線通信技術十分適合。本文提出了一種基于ZigBee技術的船艇消防安全監測系統的設計方案，在成本低、易于實現的前提下實現對船艇各個艙室內部的消防安全監測。

1．ZigBee無線傳感器網絡

1．1 ZigBee技術簡介

ZigBee是一種低復雜度、低成本、低功耗、低速率的短距離雙向無線通信新技術，是建立在IEEE 802．15．4定義的可靠的物理層（PHY）和媒體訪問層（MAC）之上的標準。IEEE 802．15．4定義了兩類設備類型：精簡功能設備（RFI））和全功能設備（FFD）。在ZigBee系統中，這兩類設備指的是物理設備類型。在 ZigBee網絡中，一個節點可以有三種角色：ZigBee協調器、ZigBee路由器和ZigBee終端設備。ZigBee技術可實現的網絡拓撲結構有三種：星形、樹形、網狀，如圖1所示。

1．2 ZigBee技術特點

相對于傳統的無線電、微波、藍牙、射頻等各種無線通信方式，ZigBee技術是最低功耗和最低成本的技術。ZigBee技術主要有以下特點：

（1）功耗低，在低功耗模式下，2節普通5號電池使用時間為6～24個月。

（2）設備成本低，協議簡單，協議免專利費，搭建平臺的成本較低，適合廣泛使用。

（3）網絡容量大，可容納最多65 000個設備。

（4）網絡的自組織、自愈能力強，通信可靠。

2 船艇艙室消防安全監測系統

2．1 系統設計方案

船艇消防安全監測系統探測火災發生的原理是檢測火災發生前后的煙濃度、溫度和光這三個物理參數的變化，利用分布在艙室待測區域內的傳感器節點采集這些環境參數。

船艇消防安全監測系統設計由硬件電路設計和系統軟件設計兩部分組成。使用ZigBee技術通過控制器和若干個傳感器節點，搭建一個無線通信網絡。多個傳感器節點置于船艇各艙室內，通過傳感器采集煙濃度、濕度、光強數據，將采集結果通過無線通信的方式發送到路由器節點，然后路由器節點再將數據以無線通信的方式發送到協調器節點。協調器節點將收集的多個數據進行分析處理后，顯示在LCD顯示屏上，同時也可通過串口將采集信息傳輸至PC機。系統設計主要結構如圖 2所示。

2．2 功能模塊設計

系統選用的ZigBee設備為基于Jennic公司的JN5139 ZigBee解決方案，它提供了完整的ZigBee協議棧、軟件編輯、編譯／鏈接、調試、下載等工具。JN5139芯片是英國Jennic公司推出的高性能、低功耗的一系列無線芯片，該系列芯片天線的靈敏度高、功耗低、通訊距離遠，為ZigBee技術提供了良好的解決方案。系統節點框圖如圖3所示。

ZigBee網絡協調器模塊設備板載UART接口用于和嵌入式主板或PC連接，可進行數據傳輸及軟件下載或調試。作為網絡協調者，負責管理整個 ZigBee網絡的組建和維護。傳感器節點／路由模塊設備采用2節5號電池供電，提供模擬傳感器和數字傳感器擴展接口，用于連接煙濃度、溫度、光強度傳感器。作為路由節點或終端節點，其自身可采集數據，并可轉發其他節點的數據包。

2．3 系統軟件設計

軟件平臺同樣使用Jennic公司所提供的代碼編輯和編譯環境Jennic CodeBlocks。CodeBlocks是一款開源的C／C++開發工具，Jennic基于這個工具對其進行擴展形成了自己的開發平臺。Jennic Flash Programmer程序用來將CodeBlocks中編譯好的代碼下載到控制器板或傳感器板中。

系統的軟件設計包括網絡協調器節點和傳感器節點的設計。網絡協調器節點在初始化過程中找到合適的信道，建立一個網絡，循環檢測傳感器節點的綁定請求。當傳感器節點加入網絡后，便可進行數據的傳輸。傳感器節點的軟件流程圖如圖4所示。該程序的主要作用就是將傳感器節點加入網絡協調器節點建立的無線網絡，實時讀取傳感器測得的環一境參數數據，并周期性地將這些數據發送給網絡協調器節點。

3 結語

提出了一種以JN5139模塊為核心，基于ZigBee的船艇消防安全監測系統的設計與實現方法。將ZigBee這種低功耗、高可靠性、可擴展性強的無線網絡應用在消防安全監測，避免了各種現場布線，加強了系統的靈活性和可靠性，提高了船艇消防安全監測能力，更好地避免船艇火災的發生。