Анализ возможности применения технологии Zigbee в чрезвычайных ситуациях. Проектирование системы пожарной безопасности с использованием беспроводных устройств. Расчет зоны действия сигнала, шумов, линии потерь, освещения и кондиционирования воздуха.
Краткое сожержание материала:

74

Размещено на

Применение и реализация беспроводной технологии Zigbee в пожарных системах безопасности

СОДЕРЖАНИЕ

• Введение
• 1. Беспроводная технология Zigbee стандарта 802.15.4
• 1.1 Актуальность построения сети Zigbee
• 1.2 WPAN сети и стандарты IEEE 802.15.4
• 1.3 Архитектура протокола сети
• 1.4 Построение и принцип работы сети
• 2. Использование беспроводной технологии Zigbee в пожарных систамах безопасности
• 2.1 Устройства для построения беспроводной сети
• 2.2 Пожарная система безопасности с использованием модулей
• 3. Расчетная часть
• 3.1 Организация пожарной безопасности
• 3.2 Расчет зоны действия сигнала
• 3.3 Расчёт шумов
• 3.4 Расчет линии потерь
• 4. Безопасность жизнедеятельности
• 4.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов
• 4.2 Расчет освещения
• 4.3 Расчет кондиционирования воздуха
• 4.4 Выбор кондиционера
• 5. Технико-экономическое обоснование
• 5.1 Сущность проекта
• 5.2 Производственный план
• 5.3 Расчёт инвестиционных затрат
• Заключение
• Список литературы
• Приложения
• Введение
• Задачи построения всевозможных систем, использующих беспроводные каналы там, где раньше в качестве линий связи использовались провода, актуальны в самых разных прикладных областях. Особенно важен вопрос перехода на беспроводную связь в распределенных системах сбора данных, управления и автоматизации, где число устройств в сети может достигать сотен и тысяч.
• Беспроводные сети привлекают внимание пользователей и разработчиков с момента своего появления массой преимуществ, которыми они обладают по сравнению с "классическими" проводными сетями. Это и гибкая архитектура, и снижение затрат при монтаже. В некоторых ситуациях прокладка проводных линий вообще невозможна по технологическим или организационным причинам. В этих случаях связь без проводов решает массу проблем. Поэтому беспроводные системы передачи данных выглядят более чем привлекательно для решения большого круга задач.
• Практическое использование беспроводных систем долгое время было затруднительно из-за низкой надежности радиоканала по сравнению с проводным соединением, высокой стоимости и высокого энергопотребления элементной базы, а также из-за сложностей с установкой и настройкой системы на объекте установки. Сейчас беспроводные системы сбора данных, управления и автоматизации и им подобные стали реальностью благодаря технологиям беспроводных сетей малого радиуса действия и появлению на рынке наборов микросхем, радиомодулей и модемов, а также развитого программного обеспечения, поддерживающего стандартные протоколы управления и передачи данных.
• На сегодняшний день "в быту" мы чаще всего применяем как минимум три стандарта беспроводной связи по радиоканалу: GSM как отличное средство для телефонии, WiFi для домашних и офисных сетей и Bluetooth для подключения устройств и периферии. Однако этого набора стандартов недостаточно для оптимального решения всех "сетевых задач". В ответ на запросы потенциальных пользователей появляются многочисленные "альтернативные" спецификации. Одна из них - IEEE 802.15.4 и связанный с ней стандарт ZigBee.
• В данной работе рассматривается возможность применение технологии Zigbee стандарта 802.15.4 в чрезвычайных ситуациях и проектируется система пожарной безопасности с использование беспроводных устройств.

1. Беспроводная технология Zigbee стандарта 802.15.4

1.1 Актуальность построения сети Zigbee

В 2001 г. Институту инженеров электротехники и электроники IEEE было предложено выработать стандарт, относящийся к семейству беспроводных персональных сетей WPAN и получивший обозначение 802.15.4. В 2002 г. был основан альянс ZigBee. Альянс ZigBee -- быстро растущий некоммерческий промышленный консорциум компаний-лидеров рынка полупроводниковых компонентов, технологических компаний, OEM-производителей и конечных потребителей со всего мира. Альянс разрабатывает глобальную спецификацию стека ZigBee для высоконадежных, рентабельных, энергоэкономичных беспроводных приложений, используя механизм передачи пакетов данных IEEE 802.15.4.

Любой стандарт, будь то интерфейс проводного обмена данными или беспроводная связь, создается для решения своего круга задач. К примеру, WiFi позволяет связываться на средних расстояниях с относительно большими скоростями передачи данных; позволяя передавать видео и аудио, WiFi ориентирован на применение для доступа беспроводных устройств в корпоративные сети и Интернет. Также стандарт Bluetooth предназначен для передачи данных на малых расстояниях. Bluetooth существенно проигрывает в скорости WiFi; он идеален для передачи потокового аудио или видео, к примеру, между компонентами домашнего кинотеатра. Основная задача, решаемая при помощи ZigBee, - передача небольших объемов данных на средние расстояния. Специфичность предназначения ZigBee состоит в том, что приемо-передающие устройства этого стандарта должны иметь минимальное энергопотребление. С IEEE 802.15.4 и ZigBee нельзя передавать качественное потоковое аудио или видео высокой четкости, зато можно реализовать сложные схемы мониторинга.



Рисунок 1.1- Классификация основных беспроводных стандартов

Основная цель альянса -- выработка единой спецификации программного стека протоколов ZigBee, поддерживающей различные сетевые типа «звезда», «кластерное дерево», «многоячейковая сеть» с функциями безопасности и совместимыми профилями различных приложений. Спецификация ZigBee позволяет реализовывать беспроводное сетевое решение, основанное на едином глобальном стандарте, с поддержкой скоростей передачи до 250 Кбит/с, крайне низким энергопотреблением, обеспечивающее защиту информации и надежность системы. Таким образом, ZigBee -- это альянс компаний, разрабатывающих программное обеспечение дополнительного сетевого слоя над уровнями стандарта 802.15.4. Члены альянса определяют новые рынки применения совместимых беспроводных сетей. Благодаря участию в консорциуме все его активные члены имеют полный доступ ко всей технической информации по технологии ZigBee и возможность влиять на спецификацию ZigBee. Технология ZigBee заняла ранее пустовавшую нишу радиоинтерфейсов которую заполняли либо устройства и технологии с более высокими техническими характеристиками и, соответственно, более дорогие, либо решения, базирующиеся на отдельных микросхемах радиотрансиверов различных производителей электронных компонентов, не имеющих под собой жестко стандартизированной базы. Разработчики вынуждены были идти на повышенные затраты при решении простых задач либо создавать собственные протоколы передачи и программные стеки для персональных беспроводных сетей, что также сказывалось на стоимости конечного изделия и сроках выхода готового продукта на рынок. В результате часто терялись новизна и интерес рынка к продукции. ZigBee/802.15.4 является единственной стандартизирован-ной беспроводной технологией, изначально нацеленной на следующие приложения мониторинга и контроля, распределенные сети датчиков, на развертывание беспроводных информационных сетей для малопотребляющих систем, используемых в коммерческой, промышленной и домашней автоматике:

? системы управления освещением (промышленные, муниципальные и домашние);

? промышленная и домашняя автоматика и управление (отопление, вентиляция и кондиционирование (ОВК), вспомогательные устройства и оборудование);

? потребительская электроника (мультимедиа/развлекательные системы, портативная электроника), бытовая техника,

? периферийное оборудование ПК: мышь, клавиатура, игровые приставки, джойстики;

? системы сигнализации и безопасности, аварийного оповещения, системы контроля доступа, бесконтактные ключи, датчики дыма, газа, движения, пламени, температуры, давления и т.д.;

? устройства медицинской диагностики пациента, мониторинг состояния спортсменов, биодатчики и медицинское оборудование;

? удаленные управление и контроль технологических процессов, управление движущимися аппаратами, станками, промышленным оборудованием, холодильными установками, устройствами дистанционного сбора данных, телеметрия;

? мониторинг промышленных и портовых активов, логистика;

? мониторинг систем водо-, газо- и теплоснабжения, системы управления и инструментального контроля электроэнергии, системы жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ);

? беспроводные устройства обмена информацией, радиомодемы, радиопередача

? автомобильная электроника (системы контроля давления в шинах, противоугонные системы, системы идентификации и диагностики) и т.д.

Одним из основных преимуществ стандарта ZigBee/802.15.4 является простота установки и обслуживания подобных устройств. Особенности спецификации ZigBee позволяют с легкостью развертывать беспроводные персональные сети: «Вы вынимаете устройство из коробки, вставляете в него батареи и нажимаете соответствующую клавишу. Затем подносите два устройства друг к другу и удерживаете нажатыми кнопки до тех пор, пока не загорятся зеленые светодиоды». Таким образом осуществляется объединение двух устройств в сеть либо привязка, например, выключател...