关键词：火灾监测；无线网络；油罐区；无线传感器.doc

基于无线传感器网络的油罐区火灾监测系统设计方案 蔡文龙 北华航天工业学院 摘要：为了有效的监测油罐区的状态和实时预警油罐区火情，设计了基于无线网络的油罐区火灾监测系统。将无线传感器技术应用于油罐区的火灾监测，选择了温度、湿度、烟雾、一氧化碳、二氧化碳、可燃气体这六种物理量作为监测对象，采集油罐区各个油罐的相关参数，实时将数据传输到服务器和客户端。设计油罐区火灾预警专家系统，实时分析油罐区温度、湿度、烟雾、一氧化碳、二氧化碳、可燃气体等数据变化，监测油罐区状态。基于无线网络的油罐区火灾监测系统，硬件结构只有数据采集节点模块、网关、服务器端，硬件价格便宜，系统无需现场布线，无需复杂的安装调试过程，安装方便，因此安装成本低，经济性远高于其他监测系统。 关键词：火灾监测；无线网络；油罐区；无线传感器 1. 引言 随着无线传感器技术（WSN）的发展，可以更加方便、快捷的在油罐区按照布置数据采集设备，无需复杂的线路设计，既减少安装成本，又提高油罐区安全性，减少设备维护巡查时间[1]。因此，将无线传感器技术应用于油罐区的火灾监测，将具有重要的意义。 2. 系统总体设计 2.1油罐区火灾探测系统结构 油罐区火灾监测系统，应具有以下功能：①油罐区数据采集和传输，包括设计安装多种传感器，采集油罐区每个储油罐的状态参数(温度、压力、可燃气体)[2]，然后根据油罐区无线传感器节点网络拓扑结构，设计各传感器节点数据传输协议、路由算法等；②数据实时处理、存储、查询和异常预测，包括初步处理采集的油罐区状态数据，实现利用客户端和移动设备实时查看油罐区状态，同时对油罐区数据进行监测，有效预报油罐区的异常[3]；③火情响应机制，当油罐区火灾监测系统监测到火情异常时，需要及时采取措施，对现场进行检查、确认，对火情进行应急响应，同时向油罐区和周边所有工作人员，进行火情通报，进行紧急的人员疏散。图1所示为基于无线网络的油罐区火灾监测系统结构。 图1基于无线网络的油罐区火灾监测系统结构 2.2 油罐区火灾系统网络设计 在油罐区火灾监测时，需要严格执行相关国家标准，包括《GB4717-2005火灾报警控制器》、《GB4716_2005点型感温火灾探测器》、《GB4715-2005点型感烟火灾探测器》、《GB15322.1-2003可燃气体探测器》等国标的要求，选择温度、湿度、烟雾、一氧化碳、二氧化碳、可燃气体这六种物理量作为监测对象[4]。表1所示为所选择的传感器种类和性能参数。图2所示为传感器节点模块的设计。传感器节点模块设计完成后，将模块安置于油罐区每个油罐顶部，监测油罐内原油状态。 表1选择的传感器种类的性能参数 传感器 量程 分辨率 精度 采样时间 DS18B22温度传感器 -65~125℃ 0.01℃ -20~75℃0.6℃ 500ms DHT12湿度传感器 15%~85%RH 0.5%RH 25℃时1.5%RH -45~85℃时5%RH 2s HIS-08烟雾传感器 - 开关量 - 1.8s TGS815可燃气体传感器 500~80000ppm 1.5ppm 2ppm 1h TGS2445一氧化碳传感器 100~1000ppm 1.5ppm 0.5ppm 1h MG810二氧化碳传感器 300~80000ppm 1.5ppm 1.5ppm 1h 图2 传感器节点模块设计 在设计无线传感器网络和火灾预警系统时，严格按照规定，选择相关传感器部件、设计软硬件、网络布置、电气设计等，并符合国家消防安全资格认证（CCCF认证）。根据油罐区的布局特点和现状，进行油罐区火灾监测系统无线网络设计，如图3所示。 基于无线传感器网络的油罐区的火灾监测系统，所使用的传感器、芯片、配件、设备等价格便宜、可靠性高，系统所需成本低，而且系统维护、更新方便、快捷，非常适用于油罐区的火灾监测。 图3油罐区火灾监测系统无线网络设计 3. 系统软件的选择 设计和布置油罐区火灾监测系统硬件结构后，需要对油罐区的火灾监测系统软件进行选择。目前火灾检测系统软件都比较成熟，油罐区火灾监测系统软件选择需要包括以下几个功能： （1）网络各数据采集节点的数据采集、传输程序设计。每个数据采集节点包括多种传感器，因此需要决定传感器采集数据的间隔、数据传送出去的时间，以及数据以何种方式传输。 （2）无线网络的组网算法设计。油罐区面积较大，数据采集节点较多，网络覆盖范围广，而无线模块数据传输距离有限，当数据传输距离越远，需要的能量越大。而节点采用电池供电，不合理的无线数据传输网络，将影响节点的使用寿命。 （3）油罐区火灾监测专家系统。服务器端接收到油罐区现场数据后，需要对数据进行分析，以确定油罐区油罐的工作状态，需要能及时的发现油罐区油罐的异常，对油罐的火情能尽快发现，及时预警，减少损失。 （4）