盧博欣，葛華勇，官洪運

　?。|華大學 信息科學與技術(shù)學院，上海 201620）

　　摘要：為實時監(jiān)控學生宿舍內(nèi)是否發(fā)生火災(zāi)，并在火災(zāi)發(fā)生時進行報警，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”的概念，設(shè)計了一種無線獨立式宿舍火災(zāi)監(jiān)控報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用煙霧傳感器監(jiān)測火災(zāi)信號，采用GSM網(wǎng)絡(luò)的SMS（短消息服務(wù)）實現(xiàn)無線通信，并且采用B/S架構(gòu)實現(xiàn)遠程訪問。該系統(tǒng)具有安裝維護方便、實用性強、成本低等特點，可實時監(jiān)控火災(zāi)情況，實現(xiàn)火災(zāi)發(fā)生及時報警，從而確保人身和財產(chǎn)安全。

　　關(guān)鍵詞：火災(zāi)監(jiān)控報警系統(tǒng)；煙霧傳感器；SMS（短消息服務(wù)）；B/S架構(gòu)

0引言

　　目前，我國部分學生宿舍房屋結(jié)構(gòu)采用單一的磚木結(jié)構(gòu)，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限較低；與此同時，由于設(shè)計原因，并未著重考慮消防問題，配有的消防設(shè)備不足；加之學生的消防意識淡薄，生活中用火用電不規(guī)范，造成宿舍內(nèi)火災(zāi)頻發(fā)，不僅僅對財務(wù)造成損失，更嚴重的可能危害到生命［1］ 。而傳統(tǒng)的火災(zāi)監(jiān)控報警系統(tǒng)都是通過有線網(wǎng)絡(luò)進行信號傳輸，往往需要進行綜合布線，并且需要購買專用安裝軟件。安裝、維護成本高，靈活性差，具有一定的區(qū)域限制［2］。因此，設(shè)計一套宿舍火災(zāi)監(jiān)控報警系統(tǒng)具有實際意義。無線獨立式火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)較為靈活，安裝方便，彌補了傳統(tǒng)系統(tǒng)需要綜合布線且成本較高的弊端。與此同時，該系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，通過Internet即可進行訪問，無需通過專用設(shè)備，不受空間的限制。該系統(tǒng)可以實時對宿舍內(nèi)是否發(fā)生火災(zāi)進行檢測，一旦發(fā)生火災(zāi)立刻報警，使得消防人員迅速趕往現(xiàn)場進行滅火，確保宿舍內(nèi)人員和財產(chǎn)的安全。

1系統(tǒng)架構(gòu)分析與設(shè)計

　　本文設(shè)計了一種無線獨立式宿舍火災(zāi)監(jiān)控報警系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用GSM模塊的SMS功能進行數(shù)據(jù)通信，并且采用B/S架構(gòu)，通過Internet即可對系統(tǒng)進行訪問監(jiān)控。系統(tǒng)框圖如圖1所示，分為火災(zāi)煙霧探測模塊和遠程服務(wù)器模塊，煙霧探測模塊通過GSM網(wǎng)絡(luò)與遠程服務(wù)器模塊進行通信，監(jiān)控人員通過Internet訪問服務(wù)器。其具體工作原理為：火災(zāi)煙霧探測模塊通過煙霧傳感器以煙霧濃度作為火災(zāi)報警信號進行監(jiān)控，當檢測到火災(zāi)發(fā)生時，觸發(fā)煙霧報警器報警，并且通過GSM網(wǎng)絡(luò)將信息發(fā)送到遠程服務(wù)器模塊；遠程服務(wù)器接收報警信息，并且處理、存儲該信息，通過Internet發(fā)布到網(wǎng)頁上；監(jiān)控人員使用Web瀏覽器通過Internet訪問監(jiān)控頁面進行監(jiān)控，查看報警信息［3］。

2火災(zāi)煙霧探測模塊設(shè)計

　　火災(zāi)煙霧探測模塊框圖如圖2所示。該模塊放置于寢室內(nèi)，包括煙霧傳感器、MCU、GSM模塊。

　　本模塊的煙霧傳感器采用能美西科姆公司的獨立式光電感煙火災(zāi)探測報警器FSK01ZZS，使用煙散射光法，無煙火災(zāi)環(huán)境下，光敏元件和紅外發(fā)光元件為偏置設(shè)計，兩者相距20~30 mm；當發(fā)生火災(zāi)時，煙霧進入探測環(huán)境，紅外發(fā)光元件發(fā)出的激光通過煙霧粒子反射或散射到光敏元件上，光敏元件接收到足夠的光信號時，產(chǎn)生電極失真現(xiàn)象以觸發(fā)警報信號［4］。除此之外，該煙霧傳感器具有圖1火災(zāi)監(jiān)控報警系統(tǒng)框圖可移報功能，即可以將報警信號導(dǎo)出為電信號傳輸至MCU。

　　MCU采用1塊單片機，由于MCU主要負責采集由煙霧傳感器采集的報警電信號，以及控制GSM模塊將報警電信號以SMS（短消息）形式發(fā)送至遠程服務(wù)器模塊，MCU所需要承擔的工作量較小，因此，MCU采用1塊STM32的單片機。

　　GSM模塊采用AT指令將MCU編寫的短信內(nèi)容發(fā)送至遠程服務(wù)器模塊。具體AT指令如下：

　?。?）AT+CSGF=1//設(shè)置SMS（短信息）編碼方式為文本格式；

　?。?）AT+CSGS=“號碼” “內(nèi)容”  //先輸入發(fā)送的號碼，再輸入SMS（短信息）內(nèi)容［5］。

　　近年來隨著移動通信業(yè)務(wù)的發(fā)展，垃圾短信驟然增多，由于該系統(tǒng)采用SMS（短信息）進行通信，為了避免垃圾短信對系統(tǒng)造成干擾而導(dǎo)致誤報、錯報火災(zāi)，需要對SMS（短信息）內(nèi)容格式進行一定的處理。本系統(tǒng)采用的報警信號格式為：“firealarm+房間號+*”，從而避免誤報和錯報。該系統(tǒng)采用無線通信方式，為了保證及時準確地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，需要對火災(zāi)探測模塊是否正常運行進行監(jiān)測，例如煙霧傳感器是否遺失等，通過定時向遠程服務(wù)器發(fā)送存在信號來保證系統(tǒng)的可靠性。采用的存在信號格式為：“firealarm+房間號+#”。

　　火災(zāi)煙霧探測模塊工作流程如圖3所示。MCU監(jiān)測傳感器是否有火災(zāi)發(fā)生，當火災(zāi)發(fā)生時，產(chǎn)生的煙霧進入傳感器探測環(huán)境，觸發(fā)傳感器產(chǎn)生電信號，MCU監(jiān)測到電信號，控制GSM模塊發(fā)送報警信號短信息至遠程服務(wù)器模塊；另一方面，通過MCU設(shè)置定時器，定時向遠程服務(wù)器模塊發(fā)送存在信號短信。

3遠程服務(wù)器模塊設(shè)計

　　遠程服務(wù)器模塊由服務(wù)器和GSM模塊組成，GSM模塊通過串口與服務(wù)器相連接，負責接收從火災(zāi)煙霧探測模塊發(fā)送來的短信，并且通過串口傳輸?shù)椒?wù)器。串口參數(shù)：波特率為9 600 b/s，數(shù)據(jù)位為8，停止位為1，校驗位為None，流控制為None。由于該系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，將數(shù)據(jù)的收集、存儲和分析等主要功能集成到服務(wù)器上，使系統(tǒng)的開發(fā)、維護得到極大的簡化，并且無需購買安裝專用軟件，監(jiān)控人員僅僅需要通過Internet訪問服務(wù)器的Web頁面即可對火災(zāi)情況進行監(jiān)控，不受地點的限制，簡單、方便、快捷［6］。

　　服務(wù)器的設(shè)計采用MVC（Model View Controller）的設(shè)計模式，對應(yīng)于Web應(yīng)用采用Servlet+JSP（Java Server Pages）+JavaBean模式進行開發(fā)，其中JavaBean對應(yīng)于模型（Model），用于數(shù)據(jù)的封裝；JSP對應(yīng)于視圖（View）,負責數(shù)據(jù)的實現(xiàn)；Servlet對應(yīng)于控制器（Controller），用于實現(xiàn)用戶的請求［7］。將Web服務(wù)器分為客戶端（Web層）、Servlet（Service接口）、業(yè)務(wù)層（Service層）、DAO層（Data Access Object）、數(shù)據(jù)庫層。依據(jù)MVC三層架構(gòu)原理進行如下構(gòu)建方式步驟［8］：

　　（1）客戶端向Servlet發(fā)送請求，調(diào)用Service組件處理事件請求；

　　（2）Service組件調(diào)用DAO層通過JDBC（Java數(shù)據(jù)庫連接）獲取數(shù)據(jù)；

　?。?）數(shù)據(jù)經(jīng)由DAO層通過JavaBean封裝完成，再經(jīng)由DAO層傳遞至Service層；

　?。?）數(shù)據(jù)在Service層進行數(shù)據(jù)處理后重新封裝進JavaBean；

　　（5）將封裝好的JavaBean傳遞到Servlet，由Servlet返回給JSP做頁面填充；

　?。?）頁面發(fā)送給客戶端。

　　服務(wù)器所實現(xiàn)的功能如下：

　?。?）用戶登錄注冊：用戶可以在系統(tǒng)的首頁中完成登錄以及快速注冊功能。登錄時，將輸入的用戶名和密碼與數(shù)據(jù)中用戶表的記錄進行對比，輸入正確則進入火災(zāi)監(jiān)控頁面，否則出現(xiàn)提示重新輸入；快速注冊時，先查詢數(shù)據(jù)庫中是否存在該用戶，若不存在，則直接將用戶信息保存至數(shù)據(jù)庫的用戶表中；否則出現(xiàn)提示重新輸入。

　　（2）火災(zāi)監(jiān)控：服務(wù)器收集通過串口從GSM模塊傳來的短信，解析短信內(nèi)容，并且將解析后的內(nèi)容存儲在數(shù)據(jù)庫信息表中，Web頁面通過請求訪問數(shù)據(jù)庫，查看宿舍內(nèi)火災(zāi)情況。當接收到報警信息短信后，通過Web頁面中報警信息表查看到出現(xiàn)火災(zāi)的樓層、房間號、時間，點擊樓層平面圖后，在頁面中顯示該樓層的平面圖，并且頁面播放報警聲音提示監(jiān)控人員有火災(zāi)發(fā)生。

　?。?）報警器管理：可以添加、刪除報警器。輸入房間號，添加報警器，也可以從查詢結(jié)果表中，點擊“添加報警器”或者“拆除報警器”對房間進行添加和刪除報警器。添加報警器后將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫的房間表，刪除報警器后則將數(shù)據(jù)庫房間表中state字段（房間是否有報警器，1表示有，0表示沒有）置0。

　?。?）處理報警信息：當監(jiān)控人員在火災(zāi)監(jiān)控頁面發(fā)現(xiàn)火災(zāi)信息后，點擊“進入火災(zāi)報警信息處理”頁面，點擊“處理”后，火災(zāi)監(jiān)控頁面中報警信息消除，不再播放報警聲音，并且將數(shù)據(jù)庫中信息表中condition字段（報警信息是否處理，0表示未處理，1表示已處理）置1。

　?。?）查詢歷史記錄：可以根據(jù)月份查詢該宿舍樓各層火災(zāi)發(fā)生情況，將符合查詢條件的信息顯示在查詢結(jié)果中，與此同時，根據(jù)查詢結(jié)果繪制一張2D柱狀圖，直觀表示各樓層火災(zāi)發(fā)生情況。

4系統(tǒng)的調(diào)試與結(jié)果

　　該系統(tǒng)分為2個模塊，火災(zāi)煙霧探測模塊和遠程服務(wù)器模塊。系統(tǒng)開啟并且運行穩(wěn)定后，將火災(zāi)煙霧探測模塊放置于兩種簡單環(huán)境下進行測試，即正常環(huán)境和火災(zāi)環(huán)境。

　　在正常環(huán)境下，報警器不報警，沒有出現(xiàn)錯報或者誤報情況；在火災(zāi)環(huán)境，模擬火災(zāi)發(fā)生，煙霧傳感器發(fā)出“嘀嘀嘀”警報聲，并且火災(zāi)煙霧探測模塊發(fā)出報警信號，遠程服務(wù)器模塊接收到信息，并且發(fā)布到頁面上，如圖4所示。進入處理報警信息頁面點擊“處理”將該信息處理掉，如圖5所示。進入查詢歷史信息頁面，選擇需要查詢年月，輸出查詢結(jié)果，并且生成2D柱狀圖，如圖6所示。

　　調(diào)試結(jié)果表明，本文設(shè)計系統(tǒng)可實現(xiàn)上述功能，當火災(zāi)發(fā)生時系統(tǒng)及時報警，監(jiān)控工作人員可以對報警信息進行實時查看，并且可以根據(jù)樓層平面圖找到具體位置，及時進行滅火工作，控制火勢蔓延，保證人身和財產(chǎn)的安全；同時，系統(tǒng)可以查詢歷史信息，并進行一定的處理，對預(yù)防火災(zāi)發(fā)生具有一定意義。

5結(jié)束語

　　本文研究了一種基于B/S架構(gòu)的宿舍無線獨立式火災(zāi)報警系統(tǒng)。市場上傳統(tǒng)的火災(zāi)報警系統(tǒng)多采用C/S架構(gòu)和CAN總線方式進行通信，綜合布線成本高，且靈活性較差，監(jiān)控人員需要購買專用設(shè)備、安裝專用軟件。與之相比，本系統(tǒng)采用GSM網(wǎng)絡(luò)使用無線通信，無需綜合布線，降低了成本，并且靈活性較高；另外，采用B/S架構(gòu)，通過Internet訪問Web服務(wù)器即可進行監(jiān)控，不受空間限制。系統(tǒng)采用無線通信方式，如何提高系統(tǒng)的可靠性是下一步的研究方向。

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