智能云火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

孫鐘書(shū) 朱杰鋒 洪琳子 康理?yè)P(yáng)

【摘 要】介紹智能云火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。通過(guò)感溫、感煙等傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)周邊環(huán)境的溫度及空氣煙霧濃度的變化，將監(jiān)測(cè)到的物理量傳送給服務(wù)器，保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，并實(shí)時(shí)的展現(xiàn)在web服務(wù)器上。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，火災(zāi)報(bào)警器會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)，并通過(guò)啟動(dòng)相關(guān)的聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)滅火、火情廣播，將火災(zāi)信息發(fā)送給相關(guān)人員、緊急疏散的功能。

【關(guān)鍵詞】火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)；實(shí)時(shí)監(jiān)控；聲光報(bào)警

中圖分類號(hào)： TU892 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)：2095-2457（2018）05-0185-002

隨著信息科技高速的發(fā)展，人們的居住環(huán)境也越來(lái)越復(fù)雜化，它的消防問(wèn)題也變得越來(lái)越重要，火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)能夠在火災(zāi)發(fā)生之前，將周邊環(huán)境中的溫度、濕度、可燃?xì)怏w濃度、空氣粉塵度等一系列影響火災(zāi)因素的物理量通過(guò)相應(yīng)的傳感器，經(jīng)過(guò)HTTP網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求協(xié)議，發(fā)送到服務(wù)器中，引動(dòng)聲光報(bào)警裝置，并按事先預(yù)留的電話號(hào)碼將火災(zāi)信息按事先預(yù)留的電話號(hào)碼自動(dòng)撥號(hào)通知單位有關(guān)人員，并迅速上報(bào)消防指揮中心。所以說(shuō)，具備一套安全可靠，反應(yīng)靈敏的火災(zāi)自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置在智能樓宇設(shè)計(jì)中尤為重要，它能在一定程度上減少甚至杜絕火災(zāi)造成的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。

本系統(tǒng)通過(guò)在辦公樓宇內(nèi)安裝多種用于檢測(cè)火災(zāi)的傳感器和自動(dòng)報(bào)警裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)火災(zāi)情況的早期自動(dòng)預(yù)警和火災(zāi)發(fā)生位置的監(jiān)測(cè)，并通過(guò)啟動(dòng)相關(guān)的聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)滅火、火情廣播、緊急疏散的功能。

1 總體方案

智能云火災(zāi)預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由硬件支撐、軟件調(diào)試兩大部分組成，其中硬件研究主要是主控制器、PM2.5檢測(cè)模塊、無(wú)線模塊、攝像頭監(jiān)控、溫濕度傳感器、煙霧報(bào)警傳感器、聲光報(bào)警等硬件研究路線。主控制器主要是對(duì)其他各個(gè)模塊的控制，采用STM32作為智能云監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心處理器；無(wú)線模塊對(duì)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的信息獲取，最終通過(guò)主機(jī)發(fā)送給服務(wù)器。最終我們選擇了 GSM 通信方式 ，GSM 具有覆蓋面積廣、模塊使用簡(jiǎn)單、不易受到干擾等特點(diǎn)。本設(shè)計(jì)采用的是 SIM800A GSM 模塊；聲光報(bào)警電路作為系統(tǒng)綜合報(bào)警，擔(dān)任著很重要的一部分功能，我們可以把它與感知層部分所使用的各個(gè)傳感器模塊進(jìn)行結(jié)合，當(dāng)所采集到的物理值超過(guò)我們?cè)O(shè)定的閾值的上下限時(shí)，將會(huì)通過(guò)聲光報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警，報(bào)警的方式是通過(guò)指示燈和蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。

軟件研究如何將傳感器的數(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器并顯示出來(lái)，以及采用什么手段使系統(tǒng)達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的效果。軟件設(shè)計(jì)的模塊主要是：獲取數(shù)據(jù)模塊，數(shù)據(jù)展示模塊、路線規(guī)劃、自動(dòng)報(bào)警。在數(shù)據(jù)獲取模塊中，采用HTTP網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求協(xié)議，將傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳送給服務(wù)器，保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中；數(shù)據(jù)展示模塊中，采用ajax技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的異步請(qǐng)求，到達(dá)實(shí)時(shí)監(jiān)控每個(gè)區(qū)域相關(guān)指數(shù)的效果；路線規(guī)劃模塊中，利用GPS獲取用戶當(dāng)前位置，向用戶提供安全可靠的逃生路線；自動(dòng)報(bào)警模塊中，利用撥打報(bào)警電話及發(fā)送短信等方式及時(shí)的向用戶發(fā)送火災(zāi)信息，讓用戶能夠快速做出反應(yīng)。

硬件設(shè)計(jì)方案確定后，開(kāi)始進(jìn)行可行性分析，分析各個(gè)模塊的功能，進(jìn)行測(cè)試。硬件分析可行后，開(kāi)始進(jìn)行軟件調(diào)試，軟件調(diào)試主要是為硬件而服務(wù)的，通過(guò)軟件調(diào)試，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能。待硬件和軟件程序調(diào)試完成后，開(kāi)始進(jìn)行聯(lián)調(diào)，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的功能。

系統(tǒng)總體框架圖如圖1所示。

2 硬件設(shè)計(jì)

智能云火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)集防火系統(tǒng)、預(yù)警系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)于一體的系統(tǒng)，其中預(yù)警系統(tǒng)更是核心部分，這樣一來(lái)，預(yù)警信息的采集顯得尤為重要，因?yàn)樗绊懼覀兿到y(tǒng)的決策與判斷。

基于STM32的智能云監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有以下幾個(gè)部分構(gòu)成：無(wú)線傳輸部分、云端顯示部分、溫度傳感器部分、濕度傳感器部分、可燃?xì)怏w監(jiān)測(cè)部分、空氣粉塵濃度監(jiān)測(cè)部分、藍(lán)牙部分、聲光報(bào)警及電話報(bào)警部分、LCD顯示部分、攝像頭監(jiān)控部分、GSM/GPRS通信部分、獨(dú)立供電部分，整體模塊框圖如圖2所示：

采用STM32作為智能云監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心處理器，STM32是增強(qiáng)型的32位基于ARM核心帶有512K字節(jié)閃存的微型控制器，最高工作頻率為72MHZ，運(yùn)行速率快，它的定時(shí)器資源極其豐富，多達(dá)11個(gè)，同時(shí)具有112個(gè)快速雙向IO口和16個(gè)外部中斷，3個(gè)12位ADC等，同時(shí)STM2具有LCD顯示擴(kuò)展板， 通過(guò)這些擴(kuò)展板，可以讓單片機(jī)數(shù)據(jù)化顯示監(jiān)測(cè)到的傳感數(shù)據(jù)，且具有圖形化界面設(shè)計(jì)功能，支持觸屏及無(wú)線通信。

3 軟件設(shè)計(jì)

智能云火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)的軟件功能主要是采集傳感器監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，對(duì)傳感器監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)的展示，自動(dòng)報(bào)警，規(guī)劃逃生路線。系統(tǒng)功能圖如圖3所示：

通過(guò)感溫、感煙等傳感器采集周邊環(huán)境中影響火災(zāi)的相關(guān)數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線通信GSM/GPRS 模塊發(fā)送到服務(wù)器上，通過(guò)JDBC編程，將相關(guān)數(shù)據(jù)保存到MySql數(shù)據(jù)庫(kù)中。用戶打開(kāi)手機(jī)或電腦，通過(guò)訪問(wèn)瀏覽器的方式，讀取數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，并展示到界面上。由于數(shù)據(jù)量比較大，且需要最新的數(shù)據(jù)信息，所以采用ajax技術(shù)，實(shí)現(xiàn)異步請(qǐng)求，在系統(tǒng)內(nèi)部定時(shí)刷新，達(dá)到實(shí)時(shí)更新數(shù)據(jù)的效果，給用戶呈現(xiàn)最新的數(shù)據(jù)信息。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，觸動(dòng)硬件報(bào)警裝置的同時(shí)，能夠撥打相關(guān)工作人員的電話，提醒相關(guān)工作人員及時(shí)采取措施。

通過(guò)各路口的傳感器監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)匯總后分析，確定出安全的通道，將安全路線發(fā)送給被困人員，能夠幫助受害者及時(shí)逃生，減少傷亡。

4 結(jié)論

本文著重介紹了智能云火災(zāi)預(yù)警監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)的亮點(diǎn)主要有：本設(shè)計(jì)降低了工廠易燃易爆及危險(xiǎn)區(qū)域人為管理的難度，解決了多地域預(yù)警信息監(jiān)測(cè)困難等問(wèn)題；通過(guò)無(wú)線傳輸，將各區(qū)域的周邊環(huán)境信息實(shí)時(shí)展示，輔助用戶進(jìn)行預(yù)警防范。火災(zāi)發(fā)生時(shí)，受害者可以通過(guò)web端讀取各區(qū)域的消防預(yù)警信息，迅速確定逃生路線并及時(shí)撥打救援電話；采用能抗高溫系數(shù)較高的電池，在高溫環(huán)境下依然能夠正常工作，保證了供電系統(tǒng)不被干擾；采用一體化封裝結(jié)構(gòu)，操作簡(jiǎn)單，便攜易帶。

本系統(tǒng)價(jià)格低廉，開(kāi)放性的互動(dòng)軟硬件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，在建筑物中的應(yīng)用具有很好的應(yīng)用前景。

【參考文獻(xiàn)】

[1]包青虎.智能火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的實(shí)踐[J].電子測(cè)試，2017，（16）：122-123.[2017-10-12].

[2]陶冶.基于ZigBee的森林火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].蘭州大學(xué)，2011.

[3]王強(qiáng).基于TCP/IP協(xié)議的嵌入式火警警報(bào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D].解放軍信息工程大學(xué)，2010.

[4]李志華.基于無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].汕頭大學(xué)，2009.

[5]莊哲民，李志華，劉美輕.基于ZigBee智能網(wǎng)絡(luò)的建筑火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)[J].汕頭大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008（03）：75-80.[2017-10-12].