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      基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑消防設(shè)備電源監(jiān)控控制系統(tǒng)設(shè)計研究

      2023-03-26 07:01:23馮長江
      消防界 2023年15期
      關(guān)鍵詞:動力設(shè)備建筑消防監(jiān)控系統(tǒng)

      摘要:本文針對建筑消防設(shè)備電源監(jiān)控控制需求,設(shè)計一種基于物聯(lián)網(wǎng)的消防設(shè)備電源監(jiān)控控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),實現(xiàn)了對建筑消防設(shè)備電源的實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)采集、對消防動力設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。通過傳感器和網(wǎng)絡(luò)連接,系統(tǒng)可以監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)、溫度、濕度等參數(shù),并及時發(fā)出警報和采取措施,必要時直接控制消防動力設(shè)備,以保障建筑物的消防電源供電安全、穩(wěn)定。

      關(guān)鍵詞:物聯(lián)網(wǎng);建筑消防;動力設(shè)備;監(jiān)控系統(tǒng)

      引言

      隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展,建筑物的規(guī)模和復(fù)雜性也在不斷增加,建筑消防安全是保障人民生命財產(chǎn)安全的重要任務(wù)。而建筑消防設(shè)備電源作為消防系統(tǒng)的核心組成部分,其運行狀態(tài)的監(jiān)控和管理對于消防安全至關(guān)重要。根據(jù)調(diào)研,現(xiàn)有市場上傳統(tǒng)的消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)通常為獨立系統(tǒng),監(jiān)控主機(jī)一般設(shè)置于消防控制室,監(jiān)控模塊設(shè)置于消防動力設(shè)備端,該系統(tǒng)成本較高,布線復(fù)雜冗余,但是建筑通過消防驗收后,消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)往往就會淪為擺設(shè),業(yè)主單位要么直接斷電,要么對監(jiān)測報警視而不見。主要是因為傳統(tǒng)的監(jiān)控手段存在著系統(tǒng)獨立、無法融合到現(xiàn)有的物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控平臺、管理不便等原因,無法滿足現(xiàn)代建筑消防需求。因此,設(shè)計一種基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng),并考慮在傳統(tǒng)的消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)中增加對消防動力設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

      一、系統(tǒng)設(shè)計原理

      (一)傳感器節(jié)點設(shè)計

      傳感器節(jié)點是基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑消防設(shè)備電源監(jiān)控控制系統(tǒng)中的重要組成部分。為實現(xiàn)對設(shè)備的實時監(jiān)測,可選擇高精度的傳感器來獲取各種參數(shù)數(shù)據(jù)。溫度傳感器可采用型號為TMP36的模擬溫度傳感器,其測量范圍為-40℃至+125℃,精度為±2℃。濕度傳感器可選用DHT22數(shù)字濕度傳感器,其測量范圍為0%RH至100%RH,濕度精度為±2%RH。比傳統(tǒng)的消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)增設(shè)溫度、濕度傳感器,可以有效對設(shè)備的工作環(huán)境尤其對處于地下室、消防水泵房、屋面消防水箱等處的消防設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)測。電壓、電流等運行狀態(tài)傳感器則可采用霍爾傳感器,能夠檢測消防電源的運行狀態(tài)等[1],可選擇性增加控制模塊,必要時對消防動力設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。

      (二)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)計

      在基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑消防設(shè)備電源監(jiān)控控制系統(tǒng)中,網(wǎng)絡(luò)通信起著關(guān)鍵作用。選擇無線通信技術(shù)來實現(xiàn)傳感器節(jié)點與數(shù)據(jù)中心之間的數(shù)據(jù)傳輸,采用的無線通信技術(shù)為LoRaWAN(低功耗廣域網(wǎng)),其具有廣覆蓋、低功耗和遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奶攸c[2]。在系統(tǒng)中,傳感器節(jié)點通過LoRaWAN協(xié)議將采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)關(guān)設(shè)備,網(wǎng)關(guān)設(shè)備負(fù)責(zé)接收傳感器節(jié)點的數(shù)據(jù),并通過互聯(lián)網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心。數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議采用MQTT(消息隊列遙測傳輸)協(xié)議,以確保數(shù)據(jù)的可靠傳輸和實時性。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計采用星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),其中數(shù)據(jù)中心作為中心節(jié)點,與多個傳感器節(jié)點和網(wǎng)關(guān)設(shè)備進(jìn)行連接。

      (三)數(shù)據(jù)處理與分析

      在基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑消防電源監(jiān)控控制系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)處理與分析是保障系統(tǒng)正常運行和提供決策支持的重要環(huán)節(jié)。采集到的傳感器數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)采集與存儲模塊進(jìn)行存儲,以確保數(shù)據(jù)的完整性和可追溯性。數(shù)據(jù)處理與分析算法主要包括數(shù)據(jù)清洗、特征提取和異常檢測等步驟。通過對傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗和處理,提取出有用的特征信息,并利用機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行異常檢測,可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行異常或故障情況[3]。數(shù)據(jù)可視化與報警模塊將處理后的數(shù)據(jù)以直觀的圖表形式展示,使用戶能夠直觀了解設(shè)備的運行狀態(tài)。

      (四)遠(yuǎn)程控制與管理

      相比較于傳統(tǒng)的建筑消防設(shè)備電源監(jiān)控控制系統(tǒng),基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑消防設(shè)備電源監(jiān)控控制系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程控制和管理的能力,通過遠(yuǎn)程監(jiān)控與控制模塊,用戶可以實時監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)、溫度、濕度等參數(shù),并遠(yuǎn)程控制設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)、調(diào)節(jié)設(shè)備的運行模式等[4]。遠(yuǎn)程維護(hù)與管理模塊提供了對系統(tǒng)的遠(yuǎn)程維護(hù)和管理功能,用戶可以通過遠(yuǎn)程方式對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和升級,避免了現(xiàn)場操作的不便和風(fēng)險。

      二、系統(tǒng)實現(xiàn)方法

      (一)硬件設(shè)計

      硬件設(shè)計是基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑消防電源監(jiān)控控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。在傳感器節(jié)點的硬件設(shè)計中,選擇適用于物聯(lián)網(wǎng)的建筑消防電源監(jiān)控系統(tǒng)的高性能硬件組件。針對溫度監(jiān)測,選用TMP36溫度傳感器。該傳感器的測量范圍為-40℃至+125℃,精度為±2℃。它采用模擬輸出方式,輸出電壓與溫度成線性關(guān)系,可以通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號[5]。為了實現(xiàn)濕度監(jiān)測,采用DHT22數(shù)字濕度傳感器。該傳感器的濕度測量范圍為0%RH至100%RH,濕度精度為±2%RH。它還具備溫度測量功能,溫度測量范圍為-40℃至+80℃,精度為±05℃。為監(jiān)測電源及設(shè)備的運行狀態(tài),選用霍爾傳感器?;魻杺鞲衅髂軌驒z測設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)、轉(zhuǎn)速等信息。它通過感應(yīng)磁場的變化來實現(xiàn)狀態(tài)檢測,具有高靈敏度和快速響應(yīng)的特點。在硬件設(shè)計中,考慮到傳感器節(jié)點的供電和通信模塊的工作需求,為保證節(jié)點的長時間運行,采用低功耗的微控制器作為控制核心,并配備了適當(dāng)?shù)碾娫垂芾黼娐?。通信模塊則采用無線方式,如Wi-Fi或藍(lán)牙,以實現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)的連接和數(shù)據(jù)傳輸。

      由圖1可知,通過選擇適用的傳感器和配備合適的供電和通信模塊,能夠?qū)崿F(xiàn)對建筑消防動力設(shè)備的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集,這為后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)處理和遠(yuǎn)程控制提供了可靠的硬件基礎(chǔ)。

      (二)軟件設(shè)計

      采用嵌入式系統(tǒng)作為傳感器節(jié)點的操作系統(tǒng),嵌入式系統(tǒng)具有高效、穩(wěn)定的特點,能夠滿足實時數(shù)據(jù)采集的需求。選擇基于Linux的嵌入式操作系統(tǒng),并進(jìn)行了定制化開發(fā),以適應(yīng)系統(tǒng)的需求。

      在軟件設(shè)計中,采用多線程編程模型來實現(xiàn)并行處理,通過多線程的方式,能夠同時進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理和分析,提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度和效率。例如,可以將一個線程用于數(shù)據(jù)采集,另一個線程用于數(shù)據(jù)傳輸[6]。為實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸,采用消息隊列技術(shù)。傳感器節(jié)點將采集到的數(shù)據(jù)通過消息隊列傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心,以確保數(shù)據(jù)的可靠性和實時性。選擇RabbitMQ作為消息隊列的實現(xiàn)工具,它具有高性能、可靠的特點,能夠滿足系統(tǒng)需求。此外,為保證系統(tǒng)的安全性,采用加密技術(shù)對傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù),通過使用TLS/SSL協(xié)議,我們能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行加密和解密,防止數(shù)據(jù)在傳輸過程中被惡意篡改或竊取。

      總之,通過合理的軟件設(shè)計,能夠?qū)崿F(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的高效采集、傳輸、處理和分析,為建筑消防動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)提供可靠的支持作用。

      (三)系統(tǒng)集成與測試

      系統(tǒng)集成與測試是基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑消防設(shè)備電源監(jiān)控控制系統(tǒng)開發(fā)的重要環(huán)節(jié)。通過系統(tǒng)集成與測試,可以確保各個組件和模塊之間的協(xié)調(diào)運行以及整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。在硬件方面,將傳感器節(jié)點與主控單元連接,并進(jìn)行電路連接和供電測試。確保傳感器能〖HJ2.1mm〗夠正常采集數(shù)據(jù),并通過通信接口將數(shù)據(jù)傳輸給主控單元。在軟件方面,將嵌入式系統(tǒng)與傳感器節(jié)點的驅(qū)動程序和數(shù)據(jù)處理算法進(jìn)行整合。測試數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理功能能夠確保軟件正確接收傳感器數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)處理。在功能測試中,驗證系統(tǒng)的各項功能是否正常工作。例如,測試溫度傳感器是否能夠準(zhǔn)確測量溫度、濕度傳感器是否能夠準(zhǔn)確測量濕度等。還需要測試數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性,確保傳感器數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確傳輸?shù)街骺貑卧?。在性能測試中,評估系統(tǒng)在不同工作負(fù)載下的性能表現(xiàn),模擬不同溫度和濕度條件下的數(shù)據(jù)采集和處理情況,并測試系統(tǒng)的響應(yīng)時間和資源利用率。同時,進(jìn)行長時間運行測試,以驗證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。進(jìn)行整體系統(tǒng)的驗證和驗收測試,將系統(tǒng)部署在實際的建筑消防動力設(shè)備監(jiān)控場景中,并進(jìn)行實際運行測試。監(jiān)測系統(tǒng)的運行狀態(tài),觀察是否存在異常情況,并進(jìn)行必要的調(diào)整和優(yōu)化。通過系統(tǒng)集成與測試,確?;谖锫?lián)網(wǎng)的建筑消防設(shè)備電源監(jiān)控控制系統(tǒng)的各個組件和模塊協(xié)調(diào)運行以及整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性,這為系統(tǒng)的正式部署和應(yīng)用提供了有力支持[7]。

      三、結(jié)果討論與改進(jìn)

      在物聯(lián)網(wǎng)建筑消防設(shè)備電源監(jiān)控控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計和系統(tǒng)集成與測試過程中,取得了一些重要結(jié)果。在結(jié)果討論過程中,發(fā)現(xiàn)一些改進(jìn)空間。對于軟件設(shè)計,可以進(jìn)一步優(yōu)化多線程編程模型和消息隊列技術(shù),以提高系統(tǒng)處理和傳輸數(shù)據(jù)的效率。在系統(tǒng)集成與測試中,可以進(jìn)一步加強(qiáng)對系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性的驗證和測試,以確保系統(tǒng)在長時間運行和復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定性。系統(tǒng)響應(yīng)時間和數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性的對比結(jié)果如表1和表2內(nèi)容所示。

      通過以上數(shù)據(jù)對比分析,可以看到改進(jìn)后的系統(tǒng)在響應(yīng)時間和數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性方面都取得了顯著改善,這些結(jié)果進(jìn)一步驗證了在前文中提到的軟件設(shè)計和系統(tǒng)集成與測試的有效性。

      為進(jìn)一步改進(jìn)系統(tǒng),可以考慮以下方向:進(jìn)一步優(yōu)化多線程編程模型和消息隊列技術(shù)的實現(xiàn),加強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性驗證和測試以及持續(xù)監(jiān)測和優(yōu)化系統(tǒng)的性能表現(xiàn)。通過不斷改進(jìn)和優(yōu)化,可以進(jìn)一步提升物聯(lián)網(wǎng)建筑消防動力設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的性能和可靠性,為建筑消防安全提供更好支持[8]

      結(jié)語

      綜上所述,本文設(shè)計一種基于物聯(lián)網(wǎng)的建筑消防設(shè)備電源監(jiān)控控制系統(tǒng),通過傳感器節(jié)點、網(wǎng)絡(luò)通信、數(shù)據(jù)處理與分析以及遠(yuǎn)程控制與管理等模塊的設(shè)計與實現(xiàn),實現(xiàn)了對建筑消防設(shè)備電源的實時監(jiān)測、對消防設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。實驗結(jié)果表明,該系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和可靠性,能夠滿足建筑消防需求。未來,可以進(jìn)一步改進(jìn)和優(yōu)化系統(tǒng),提高其性能和功能,以適應(yīng)不斷發(fā)展的建筑消防安全需求。

      參考文獻(xiàn)

      [1]何志堅,周江,羅粵智,等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的超高層建筑設(shè)備電源安全智能監(jiān)控的研究[J].自動化應(yīng)用,2023,64(05):30-32.

      [2]朱進(jìn)鵬,余照陽.基于物聯(lián)網(wǎng)的高層建筑火災(zāi)監(jiān)測預(yù)警控制一體化系統(tǒng)設(shè)計[J].智能物聯(lián)技術(shù),2022(06):180-181.

      [3]馬永強(qiáng),戶嘉偉,張博釗,等.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧農(nóng)業(yè)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2021(29):143-144.

      [4]王賀彬,白銳,呂永津,等.基于PLC與觸摸屏的空壓站自動監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計[J].制造業(yè)自動化,2023,45(10):125-128.

      [5]張煒.基于物聯(lián)網(wǎng)的鐵路車輛探傷設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控與管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技創(chuàng)新與生產(chǎn)力,2022(08):110-111.

      [6]許海麗.消防設(shè)備電源監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計簡析[J].中國高新區(qū),2018(11):136.

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      作者簡介:馮長江(1986- ),男,漢族,江蘇宿遷人,本科,高級工程師,研究方向:建筑電氣、消防電氣。

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