基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高校消防安全動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)*

羅云芳，黃錦祝

(1. 廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)與電子信息工程系，廣西 南寧 530226；2. 廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 廣西 南寧 530007)

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基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高校消防安全動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)*

羅云芳1，黃錦祝2

(1. 廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計(jì)算機(jī)與電子信息工程系，廣西 南寧 530226；2. 廣西機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 廣西 南寧 530007)

高校校園依賴人工巡檢實(shí)現(xiàn)消防安全管理的方式，往往無法第一時(shí)間掌握消防安全隱患和消防事故，針對此發(fā)生,造成重大消防事故，針對此情況，利用物聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)的技術(shù)手段開發(fā)高校消防安全動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)。系統(tǒng)經(jīng)測試應(yīng)用表明，實(shí)現(xiàn)了消防信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集、傳輸和處理，發(fā)生消防安全隱患即時(shí)向管理人員發(fā)出報(bào)警信息，有效地實(shí)現(xiàn)了校園消防安全動(dòng)態(tài)監(jiān)測和管理。

高校消防；物聯(lián)網(wǎng)；ZigBee；實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控

0 引言

高校校園的安全穩(wěn)定是各項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)得以正常開展的前提保障,校園內(nèi)教室、宿舍和實(shí)驗(yàn)室學(xué)生密集，當(dāng)發(fā)生消防火災(zāi)時(shí)，如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，極有可能造成重大的消防安全事故。而通過人工巡檢的高校消防安全管理方式，通常無法第一時(shí)間掌握消防安全事故的發(fā)生情況。因此，本文基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)高校消防安全動(dòng)態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)消防重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域消防信息的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集、傳輸和處理，發(fā)生消防安全的隱患時(shí)即時(shí)向管理人員發(fā)出報(bào)警信息，第一時(shí)間掌握發(fā)生消防安全的隱患，更好地實(shí)現(xiàn)校園消防安全的動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理，保障校園消防安全。

1 系統(tǒng)總體框架

本高校校園消防安全動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)按消防信息數(shù)據(jù)采集、傳輸控制和接收存儲(chǔ)顯示處理分為感知層、傳輸層和應(yīng)用層[1]。感知層對應(yīng)前端數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，傳輸層對應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸與控制子系統(tǒng)，應(yīng)用層對應(yīng)遠(yuǎn)程控制軟件子系統(tǒng)。由三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成的高校校園消防安全動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)總體框架如圖1所示。前端數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)將煙霧、溫度和紅外等終端傳感設(shè)備布署在學(xué)生宿舍、教室和實(shí)訓(xùn)室等消防重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域，對監(jiān)控區(qū)域煙霧、溫度和火焰等消防信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)采集；數(shù)據(jù)傳輸與控制子系統(tǒng)由ZigBee傳輸和控制模塊組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)，將采集的消防信息數(shù)據(jù)傳輸給信息機(jī)節(jié)點(diǎn)，信息機(jī)節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)接收并保存無線傳感網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)南佬畔?shù)據(jù)；遠(yuǎn)程控制軟件子系統(tǒng)采用PHP為開發(fā)語言，MySQL為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，基于B/S架構(gòu)，按MVC(Model View Controller)模式開發(fā)并安裝布署在消防監(jiān)控中心服務(wù)器的軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)接收信息機(jī)節(jié)點(diǎn)中消防信息數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)顯示和進(jìn)行處理[2]。各層子系統(tǒng)共同協(xié)作，實(shí)現(xiàn)校園消防安全的動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理。

圖1 消防安全動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)總體框架

2 系統(tǒng)硬件模塊實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)硬件模塊由前端數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)硬件和傳輸層的信息機(jī)節(jié)點(diǎn)嵌入式主控電路組成，負(fù)責(zé)消防信息數(shù)據(jù)的采集、接收、控制處理和發(fā)射傳輸。

前端數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)硬件主要包括溫度傳感器、煙霧傳感器和火焰?zhèn)鞲衅鞑杉@監(jiān)控場所消防信息數(shù)據(jù)，其中煙霧傳感器將采集的數(shù)據(jù)以315 MHz的發(fā)送頻率傳輸給數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器，溫度和火焰?zhèn)鞲衅鲗⒉杉臄?shù)據(jù)以433 MHz的發(fā)送頻率傳輸給數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器[3-4]。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器通過硬件與ZigBee控制模塊1連接，并將接收的數(shù)據(jù)傳輸給ZigBee控制模塊1，ZigBee控制模塊1與ZigBee控制模塊2組成無線傳感網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)將ZigBee控制模塊1的消防信息數(shù)據(jù)傳輸給ZigBee控制模塊2，具體實(shí)現(xiàn)消防信息數(shù)據(jù)采集、傳輸?shù)南到y(tǒng)傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 傳感器節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)圖

ZigBee控制模塊2通過硬件與信息機(jī)主控電路連接通信，將消防信息數(shù)據(jù)傳輸給信息機(jī)存儲(chǔ)器，信息機(jī)操作系統(tǒng)及消防信息處理應(yīng)用層軟件將存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)讀取到CPU進(jìn)行控制處理和實(shí)時(shí)存儲(chǔ)，從而實(shí)現(xiàn)將監(jiān)控區(qū)域?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)采集的消防信息數(shù)據(jù)傳輸保存到信息機(jī)系統(tǒng)的SQLite數(shù)據(jù)庫中，信息中接收存儲(chǔ)的消防信息數(shù)據(jù)再通過校園網(wǎng)絡(luò)傳輸給遠(yuǎn)程控制子系統(tǒng)，供應(yīng)用層處理使用。信息機(jī)實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 信息機(jī)結(jié)構(gòu)圖

3 系統(tǒng)軟件模塊實(shí)現(xiàn)

應(yīng)用層遠(yuǎn)程控制管理子系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)從信息機(jī)數(shù)據(jù)庫中取出采集的消防信息數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示和實(shí)時(shí)存儲(chǔ)到監(jiān)控中心服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，同時(shí)對獲取的消防信息數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)行安全值判定，如果數(shù)據(jù)值超過安全值范圍，實(shí)時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)并向與系統(tǒng)捆綁的管理員手機(jī)發(fā)送短信息，將發(fā)生消防安全預(yù)警的區(qū)域位置和安全預(yù)警類型發(fā)送給管理員，實(shí)現(xiàn)消防安全管理員能第一時(shí)間掌握校園消防安全動(dòng)態(tài)。為方便管理和操作，應(yīng)用層遠(yuǎn)程控制管理子系統(tǒng)基于B/S構(gòu)架，采用PHP開發(fā)語言并以MySQL為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，利用ThinkPHP開發(fā)框架和Workerman高性能的PHP Socket 服務(wù)器框架，基于MVC設(shè)計(jì)模式開發(fā)實(shí)現(xiàn)，整個(gè)應(yīng)用層遠(yuǎn)程控制管理子系統(tǒng)布署于校園消防安全監(jiān)控中心服務(wù)器，方便校園安全管理人員操作和管理[5]。

3.1 實(shí)時(shí)接收顯示功能實(shí)現(xiàn)

本模塊功能是，實(shí)時(shí)讀取信息機(jī)中消防信息數(shù)據(jù)并動(dòng)態(tài)顯示在模塊功能界面，為提高系統(tǒng)消防信息數(shù)據(jù)讀取的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性，采用Workerman框架實(shí)現(xiàn)。Workerman是一款用PHP開發(fā)的高性能PHP Socket服務(wù)器框架，它可以實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的定時(shí)數(shù)據(jù)交互處理。同時(shí)它基于異步的網(wǎng)絡(luò)I/O(Input/Output)接口，在功能界面動(dòng)態(tài)顯示從信息機(jī)讀取的消防信息數(shù)據(jù)時(shí)，避免了頁面的頻繁刷新。在功能模塊的實(shí)現(xiàn)中使用Workerman框架的方法是，首先下載框架原文件，然后將框架文件復(fù)制到項(xiàng)目根目錄下。Workerman框架是PHP語言開發(fā)的開源框架，在實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目動(dòng)態(tài)顯示時(shí)，在消防數(shù)據(jù)信息功能pshowdata.php文件中使用use WorkermanWorker;和require_once′./Workerman/Autoloader.php′;兩個(gè)命令語句即可將Workerman框架包含到項(xiàng)目文件中，然后通過MYMws_worker = new Worker("websocket://信息機(jī)地址和端口號(hào)");語句創(chuàng)建Worker對象，使用onMessage方法實(shí)現(xiàn)信息機(jī)中消防信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)聽接收。實(shí)時(shí)接收顯示消防信息數(shù)據(jù)功能的具體流程如圖4所示。

圖4 實(shí)時(shí)接收顯示消防信息數(shù)據(jù)功能實(shí)現(xiàn)流程

3.2 發(fā)送手機(jī)短信功能實(shí)現(xiàn)

本模塊功能主要是對實(shí)時(shí)接收的消防信息數(shù)據(jù)與安全值實(shí)時(shí)比較，如果接收的實(shí)時(shí)消防信息數(shù)據(jù)值超過安全值，則根據(jù)接收的消防信息數(shù)據(jù)超安全值的采集傳感器編號(hào)，利用T-SQL的Select語句查詢確定發(fā)生消防安全隱患的具體位置信息和發(fā)生的消防隱患類型，將查詢的信息組成短信內(nèi)容，用fopen函數(shù)打開保存管理員手機(jī)號(hào)碼文件，通過file_get_contents函數(shù)讀取出管理員手機(jī)號(hào)，然后通過調(diào)用第三方短信平臺(tái)提供的API函數(shù)給管理員手機(jī)發(fā)送短信。實(shí)現(xiàn)向管理員手機(jī)發(fā)送預(yù)警短信的具體流程如圖5所示。

圖5 發(fā)送手機(jī)短信功能實(shí)現(xiàn)流程

4 系統(tǒng)測試

消防安全動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)完成后，需對系統(tǒng)進(jìn)行功能和性能測試，以驗(yàn)證系統(tǒng)的功能和性能是符合到校園消防安全動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理的要求。按系統(tǒng)結(jié)構(gòu)測試分硬件層測試和遠(yuǎn)程控制軟件層測試。

硬件層測試按各個(gè)功能模塊逐一完成，測試是否能夠正確實(shí)時(shí)采集消防信息數(shù)據(jù)和對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。終端傳感設(shè)備主要負(fù)責(zé)消防節(jié)點(diǎn)消防數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集，并將采集到的數(shù)據(jù)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)向外傳輸。終端采集節(jié)點(diǎn)采集消防信息數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)流程如圖6所示。

圖6 終端采集節(jié)點(diǎn)采集消防數(shù)據(jù)流程

通過測試ZigBee 協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)和 ZigBee 節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)無線通信，協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)把所收到的信息通過串口通信方式傳送到嵌入式平臺(tái)，表明無線傳感網(wǎng)絡(luò)能正常實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸[6]。

給采集終端傳感器上電，LED檢測燈不停閃爍，表明其正與ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)連接，一段時(shí)間后LED燈熄滅，表示采集終端已加入網(wǎng)絡(luò)，此時(shí)按下采集終端節(jié)點(diǎn)按鍵，信息機(jī)界面顯示采集火焰?zhèn)鞲衅鞯刂泛筒杉鹧鎮(zhèn)鞲衅鞯臓顟B(tài)，有火焰或無火焰。

軟件層測試主要驗(yàn)證系統(tǒng)能否實(shí)時(shí)正常接收信息機(jī)傳輸?shù)南佬畔?shù)據(jù)，并能否在監(jiān)控界面實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新顯示，能否實(shí)時(shí)存儲(chǔ)處理和當(dāng)接收的消防信息數(shù)據(jù)超出安全值范圍發(fā)出預(yù)警信息及向管理員發(fā)送手機(jī)短信。通過測試，當(dāng)信息機(jī)接收到新的消防信息數(shù)據(jù)時(shí)，軟件層能實(shí)時(shí)接收到信息機(jī)中的數(shù)據(jù)并在監(jiān)控界面實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新顯示，跟蹤數(shù)據(jù)庫日志出現(xiàn)新數(shù)據(jù)插入數(shù)據(jù)表的記錄[7]。當(dāng)接收到信息機(jī)中的火焰信號(hào)時(shí)，發(fā)出預(yù)警信號(hào)并向管理員發(fā)送手機(jī)短信。測試軟件層系統(tǒng)與信息機(jī)連接并成功接收信息機(jī)數(shù)據(jù)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)火焰信息時(shí)，管理員手機(jī)接收的消防短信詳細(xì)說明發(fā)生險(xiǎn)情的地點(diǎn)和險(xiǎn)情種類。

5 結(jié)論

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建校園消防安全動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)，采用現(xiàn)代的智能傳感設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息處理技術(shù)代替人工定時(shí)巡檢的落后消防安全管理模式，當(dāng)發(fā)生消防安全險(xiǎn)情時(shí)能第一時(shí)間掌握具體情況，為后面的消防險(xiǎn)情處理爭取更有利的處理?xiàng)l件和更多的處理時(shí)間，極大地提高出警效率和險(xiǎn)情處理效率，更好地保障在校師生的財(cái)產(chǎn)和生命安全。

[1] 楊成剛. 基于物聯(lián)網(wǎng)的消防管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 長春：吉林大學(xué),2015.[2] 王韋瑋,馬鵬飛,張永軍，等. 物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下基于B/S模式的監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程,2013，41(10)：1573-1575.

[3] 方剛,張雷. 基于ZigBee技術(shù)的電力輸電線路監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 儀表技術(shù)與傳感器,2013(3)：54-57.

[4] 李雪剛,黃夢醒,朱東海. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的遠(yuǎn)程農(nóng)田監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)工程,2012，38(17)：20-23.

[5] 范德輝,高杉,倪萍. 物聯(lián)網(wǎng)智能終端適配中間件開發(fā)模式[J]. 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2015，24(3)：151-155.

[6] 羅云芳. 基于物聯(lián)網(wǎng)的城市消防安全管理服務(wù)平臺(tái)[D]. 成都：電子科技大學(xué),2014.

[7] 鄒先霞,賈維嘉,潘久輝. 基于數(shù)據(jù)庫日志的變化數(shù)據(jù)捕獲研究[J]. 小型微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng),2012，33(3)：531-536.

The realization of the dynamic monitoring and management system of the university′s fire safety based on the Internet of Things technology

Luo Yunfang1，Huang Jinzhu2

(1. Department of Electronic & Computer Engineering, Guangxi College of Vocational and Technical, Nanning 530226, China;2. Guangxi Technical College of Machinery and Electricity, Nanning 530007, China)

Campus relies on manual inspection to achieve fire safety management, so it’s often unable to grasp the occurrence of fire safety and fire accidents at the first time, resulting in the case of major fire accidents. Using Internet of Things technology, this paper develops dynamic monitoring and management system of the university’s fire safety. The application shows that the system has achieved dynamic real-time collection, transmission and processing of information of the fire, and when fire safety hazards occur it instantly sends alarm information to administrator, effectively implementing dynamic monitoring and management of campus’s fire safety.

university fire；Internet of Things；ZigBee；real-time dynamic monitoring

廣西區(qū)教育廳自然科學(xué)資金資助項(xiàng)目(KY2015LX614)

TP393

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.20.027

羅云芳，黃錦祝. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高校消防安全動(dòng)態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35(20)：96-98，102.

2016-05-28)

羅云芳(1981-)，男，碩士，講師，主要研究方向：軟件工程、計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用和計(jì)算機(jī)教學(xué)。

黃錦祝(1965-)，男，本科，教授，主要研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用及軟件開發(fā)。