深圳市联正通达科技有限公司 广东 深圳 518000
摘要：现有火灾报警控制系统没有联网功能，只针对现场的监控，设计了基于物联网技术的火灾报警控制系统，以物联网的三层体系结构来设计，包括感知层的数据采集、网络层的Internet和GPRS数据传输、应用层的数据存储与处理。使用该系统不但可以在现场以声光报警提示也可以让用户或物业或消防通过Internet在PC机上进行监控，还可以将数据发送到业主手机上，从而实现物业消防业主三方联动。
关键词：物联网技术；火灾报警；远程实时监测
引言：
我国在消防领域做了大量的技术推进，在大、中型建筑及公共场所安装了用以预防火灾事故发生的火灾探测报警系统，但大多数火灾报警控制器以MCU为核心，处于独立使用阶段，火灾探测器及联动装置很少配合实现火灾自动报警及联动功能。要想发生火灾时，能够迅速地控制火灾，将火灾造成的损失降到最低程度，这需要增加消防现代化设备投入的同时，更重要的是用高科技含量高、反应速度快的联网管理监控系统，本系统利用物联网技术设计的火灾报警控制系统能解决上述问题。
物联网是通过将各种信息传感设备，按照约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换、信息通信和信息处理，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。物联网是在互联网基础上发展而来，具有全面感知、可靠传递、智能处理三大特征，此三大特征对于火灾的感知、监控具有全面迅速地作用。
1国内外研究现状
目前，市场上火灾报警器均为单独的，每个房间可以安装一个，互不通信，发生火灾时也只会拉响喇叭，点亮警报灯，并不能实现远程报警、远程控制，更不能用于大范围连续性的大楼无线通信。马海提出的基于ZigBee无线传感器网络的远程数据监测设置具有以数据为中心、自组织、可快速部署等特点，非常适合用于一些特殊场合[1]。田亚提出基于ZigBee的无线传感器网络系统，选择JennicJN512-MO无线微控制器模块，设计了网络节点的硬件平台，分析了ZigBee协议的架构和各层规范。以上的设计方案提出了较为可行的组网方法，可能由于技术的原因，并没有具体用于火灾报警。本系统具体提出了火灾报警情况下的实施方法，并设计制作了用于火灾报警检测的无线传感器节点和用于远程监测控制的互联网接入办法。
2系统整体方案
无线传感器节点使用主控芯片通过温度传感器采集温度信号并转换成数字信号，单片机识别判断是否报警灯闪烁[2]。使用无线模块可以把报警信息无线传输给其他房间，达到快速高效的报警效果。网关汇总区域内无线节点信息上传服务器，同时，对服务器下传信息进行分析，传送给目标节点，完成远程的无线节点的控制。如图1所示。
3系统硬件设计
按照图1的火灾控制系统结构图，系统硬件主要由监控主机、移动终端、传输网络、火灾报警控制器、探测器和执行机构等组成。
3.1应用层硬件设计
物联网应用层相当于人的大脑，主要对网络层输送的数据进行处理，提供信息服务，满足用户的需求，关键性技术主要有大数据、云计算等[3]。该系统应用层硬件主要是移动终端设备和监控主机，移动终端设备主要是业主手机；监控主机硬件由PC服务器组成，操作系统采用Windows10，监控主机主要接收网络层传送上来的数据，并实时存储处理分析，当数据出现异常，将进一步查看相应地点的监控数据确认火灾的发生，第一时间下达控制命令，同时将与消防物业联动，向消防部门和物业发出报警信号等。
3.2网络层硬件设计
物联网网络层相当于人的神经中枢，通过网络层将感知层获取的信息进行传输，信息高速路，是架设在感知层与应用层的信息通道，关键性技术主要有互联网、移动通信、Wifi、ZigBee等。本系统网络层硬件分为两种，一种是采用有线传输，借助于光纤到桌面的互联网设备；另一种是无线传输，借助于基站的移动通信设备。
3.3感知层硬件设计
物联网感知层相当于人的感官，利用RFID、传感器、GPS定位等技术随时随地识别物体，采集信息，实现对物理世界的感知，关键性技术主要有RFID、传感器、GPS定位、嵌入式系统等。本系统感知层主要完成火灾现场对环境的感知及现场预报警，向网络层发送采集到的数据，接收来自网络层的控制指令。硬件主要有两大模块组成，即火灾控制器和探测器及执行机构，感知层硬件结构见图2。
两大模块的微控制器都选用的是ATMEL公司的AT89C55WD单片机，自带看门狗功能，带20k的程序存储器，它是整个感知层硬件的核心，一是对传感器发送来的输入数据进行必要的计算和处理工作，二是火灾控制器通过串行口发送数据，并以TCP/IP数据方式传送到应用层，同时通过GPRS将火灾信号以短信的形式发送到业主手机上。
4软件设计
系统软件设计主要包括三部分内容：一是火灾探测器及执行机构的软件设计；二是火灾控制器的软件设计；三是应用层的软件设计。
火灾探测器及执行机构的软件设计主要包括信号的A/D转换、报警处理和串行通信等。信号的A/D转换主要对采集到的烟雾浓度模拟信号通过程序转换为数字信号；报警判定是软件设计中的较重要部分，它通过对传感器传送上来的数据进行分析、比较、判断并转入相应的子程序，如果所接收到的数据超出设定值就以声光报警的形式提醒现场；转换后的数据将通过串行口传送到火灾控制器端，主流程图见图3。
要执行与连接Internet相关的功能，就要实现TCP/IP协议。由于嵌入式系统资源有限，系统实现了简化的TCP/IP协议。本系统中，数据链路层上采用RTL8019AS来实现，为了保证通信的正常运行，系统还采用了ARP应答协议。网络层上采用IP协议，还采用了能报告数据传输差错等情况的ICMP协议；传输层采用传输控制协议TCP；应用层传递来自以太网和数据终端的数据，并对数据报作打包拆包处理。
对于基于物联网的火灾报警控制系统来说，应用层云平台要能接收网络层传送上来的数据，对这些数据进行存储分析处理，并向消防主管部门报警和提供发生火灾的地点具体信息等；各网络用户也可以通过Internet访问应用层服务器查询系统内各单位的火灾实时监控信息或历史火灾信息等功能。
结束语：
该基于物联网的远程多功能火灾报警系统实现了联网式火灾报警，既可以部署于家中，也可以部署于大型办公楼，还可以部署于野外，用于森林火灾报警。该系统设计的节点功耗低，正常工作下两节7号电池可以维持无线节点工作一年。使用数据包跳转发送的方式，网关可以控制1km范围内的所有无线节点。从现场信号的检测、现场报警到数据的网络传送，使得原有的单一的火灾报警控制器提升为网络火灾报警控制系统，实现了火灾探测器、火灾现场的网络化；使得火灾报警控制系统更加快速地探测，多角度多层次的火灾监控，提高了报警的准确性，增强了智能化处理能力。
参考文献：
[1]杜毅,吴刚.基于物联网平台的无线火灾GSM报警系统[J].计算机技术与发展,2018,28(02):196-199.
[2]司夏岩,宋丹,李博.基于GSM的物联网火灾报警系统设计[J].软件导刊,2016,15(12):56-58.
[3]范毅华.基于物联网的罐区火灾安全监测报警系统的设计[J].计算技术与自动化,2014,33(04):34-37.
论文作者:邱文华
论文发表刊物:《城镇建设》2019年12期
论文发表时间:2019/8/26
标签：火灾论文; 数据论文; 网络论文; 节点论文; 硬件论文; 信息论文; 传感器论文; 《城镇建设》2019年12期论文;