智能云火災預警監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

孫鐘書 朱杰鋒 洪琳子 康理揚

【摘 要】介紹智能云火災預警監(jiān)控系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)。通過感溫、感煙等傳感器，實時監(jiān)測周邊環(huán)境的溫度及空氣煙霧濃度的變化，將監(jiān)測到的物理量傳送給服務器，保存到數(shù)據(jù)庫中，并實時的展現(xiàn)在web服務器上。當火災發(fā)生時，火災報警器會發(fā)出聲光報警信號，并通過啟動相關的聯(lián)動控制設備，實現(xiàn)自動滅火、火情廣播，將火災信息發(fā)送給相關人員、緊急疏散的功能。

【關鍵詞】火災預警系統(tǒng)；實時監(jiān)控；聲光報警

中圖分類號： TU892 文獻標識碼： A 文章編號：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)境也越來越復雜化，它的消防問題也變得越來越重要，火災預警監(jiān)控系統(tǒng)能夠在火災發(fā)生之前，將周邊環(huán)境中的溫度、濕度、可燃氣體濃度、空氣粉塵度等一系列影響火災因素的物理量通過相應的傳感器，經(jīng)過HTTP網(wǎng)絡請求協(xié)議，發(fā)送到服務器中，引動聲光報警裝置，并按事先預留的電話號碼將火災信息按事先預留的電話號碼自動撥號通知單位有關人員，并迅速上報消防指揮中心。所以說，具備一套安全可靠，反應靈敏的火災自動監(jiān)測裝置在智能樓宇設計中尤為重要，它能在一定程度上減少甚至杜絕火災造成的財產(chǎn)損失和人員傷亡。

本系統(tǒng)通過在辦公樓宇內(nèi)安裝多種用于檢測火災的傳感器和自動報警裝置，實現(xiàn)對火災情況的早期自動預警和火災發(fā)生位置的監(jiān)測，并通過啟動相關的聯(lián)動控制設備，實現(xiàn)自動滅火、火情廣播、緊急疏散的功能。

1 總體方案

智能云火災預警監(jiān)測系統(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檢測模塊、無線模塊、攝像頭監(jiān)控、溫濕度傳感器、煙霧報警傳感器、聲光報警等硬件研究路線。主控制器主要是對其他各個模塊的控制，采用STM32作為智能云監(jiān)測系統(tǒng)的核心處理器；無線模塊對無線傳感網(wǎng)絡的信息獲取，最終通過主機發(fā)送給服務器。最終我們選擇了 GSM 通信方式 ，GSM 具有覆蓋面積廣、模塊使用簡單、不易受到干擾等特點。本設計采用的是 SIM800A GSM 模塊；聲光報警電路作為系統(tǒng)綜合報警，擔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傳感器模塊進行結(jié)合，當所采集到的物理值超過我們設定的閾值的上下限時，將會通過聲光報警器進行報警，報警的方式是通過指示燈和蜂鳴器進行報警。

軟件研究如何將傳感器的數(shù)據(jù)傳送到服務器并顯示出來，以及采用什么手段使系統(tǒng)達到實時監(jiān)控的效果。軟件設計的模塊主要是：獲取數(shù)據(jù)模塊，數(shù)據(jù)展示模塊、路線規(guī)劃、自動報警。在數(shù)據(jù)獲取模塊中，采用HTTP網(wǎng)絡請求協(xié)議，將傳感器采集到的數(shù)據(jù)傳送給服務器，保存到數(shù)據(jù)庫中；數(shù)據(jù)展示模塊中，采用ajax技術，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的異步請求，到達實時監(jiān)控每個區(qū)域相關指數(shù)的效果；路線規(guī)劃模塊中，利用GPS獲取用戶當前位置，向用戶提供安全可靠的逃生路線；自動報警模塊中，利用撥打報警電話及發(fā)送短信等方式及時的向用戶發(fā)送火災信息，讓用戶能夠快速做出反應。

硬件設計方案確定后，開始進行可行性分析，分析各個模塊的功能，進行測試。硬件分析可行后，開始進行軟件調(diào)試，軟件調(diào)試主要是為硬件而服務的，通過軟件調(diào)試，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能。待硬件和軟件程序調(diào)試完成后，開始進行聯(lián)調(diào)，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的功能。

系統(tǒng)總體框架圖如圖1所示。

2 硬件設計

智能云火災預警監(jiān)控系統(tǒng)是一個集防火系統(tǒng)、預警系統(tǒng)、滅火系統(tǒng)于一體的系統(tǒng)，其中預警系統(tǒng)更是核心部分，這樣一來，預警信息的采集顯得尤為重要，因為它影響著我們系統(tǒng)的決策與判斷。

基于STM32的智能云監(jiān)測系統(tǒng)有以下幾個部分構(gòu)成：無線傳輸部分、云端顯示部分、溫度傳感器部分、濕度傳感器部分、可燃氣體監(jiān)測部分、空氣粉塵濃度監(jiān)測部分、藍牙部分、聲光報警及電話報警部分、LCD顯示部分、攝像頭監(jiān)控部分、GSM/GPRS通信部分、獨立供電部分，整體模塊框圖如圖2所示：

采用STM32作為智能云監(jiān)測系統(tǒng)的核心處理器，STM32是增強型的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，運行速率快，它的定時器資源極其豐富，多達11個，同時具有112個快速雙向IO口和16個外部中斷，3個12位ADC等，同時STM2具有LCD顯示擴展板， 通過這些擴展板，可以讓單片機數(shù)據(jù)化顯示監(jiān)測到的傳感數(shù)據(jù)，且具有圖形化界面設計功能，支持觸屏及無線通信。

3 軟件設計

智能云火災預警監(jiān)控系統(tǒng)的軟件功能主要是采集傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)，對傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)進行實時的展示，自動報警，規(guī)劃逃生路線。系統(tǒng)功能圖如圖3所示：

通過感溫、感煙等傳感器采集周邊環(huán)境中影響火災的相關數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)通過無線通信GSM/GPRS 模塊發(fā)送到服務器上，通過JDBC編程，將相關數(shù)據(jù)保存到MySql數(shù)據(jù)庫中。用戶打開手機或電腦，通過訪問瀏覽器的方式，讀取數(shù)據(jù)庫中的數(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，實現(xiàn)異步請求，在系統(tǒng)內(nèi)部定時刷新，達到實時更新數(shù)據(jù)的效果，給用戶呈現(xiàn)最新的數(shù)據(jù)信息。當火災發(fā)生時，觸動硬件報警裝置的同時，能夠撥打相關工作人員的電話，提醒相關工作人員及時采取措施。

通過各路口的傳感器監(jiān)測到的數(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逃生，減少傷亡。

4 結(jié)論

本文著重介紹了智能云火災預警監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)與設計，本系統(tǒng)的亮點主要有：本設計降低了工廠易燃易爆及危險區(qū)域人為管理的難度，解決了多地域預警信息監(jiān)測困難等問題；通過無線傳輸，將各區(qū)域的周邊環(huán)境信息實時展示，輔助用戶進行預警防范?；馂陌l(fā)生時，受害者可以通過web端讀取各區(qū)域的消防預警信息，迅速確定逃生路線并及時撥打救援電話；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)，操作簡單，便攜易帶。

本系統(tǒng)價格低廉，開放性的互動軟硬件開發(fā)平臺，在建筑物中的應用具有很好的應用前景。

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