羅云芳1，黃錦祝2

　?。?. 廣西職業(yè)技術(shù)學(xué)院 計算機(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）

　　摘要：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)時動態(tài)采集、傳輸和處理，發(fā)生消防安全隱患即時向管理人員發(fā)出報警信息，有效地實(shí)現(xiàn)了校園消防安全動態(tài)監(jiān)測和管理。

　　中圖分類號：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.16747720.2016.20.027

　　引用格式：羅云芳，黃錦祝. 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高校消防安全動態(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

　　關(guān)鍵詞：高校消防；物聯(lián)網(wǎng)；ZigBee；實(shí)時動態(tài)監(jiān)控

0引言

　　高校校園的安全穩(wěn)定是各項教學(xué)活動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，如不能及時發(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)計開發(fā)高校消防安全動態(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)時動態(tài)采集、傳輸和處理，發(fā)生消防安全的隱患時即時向管理人員發(fā)出報警信息，第一時間掌握發(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)。由三個子系統(tǒng)構(gòu)成的高校校園消防安全動態(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)時動態(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)時接收信息機(jī)節(jié)點(diǎn)中消防信息數(shù)據(jù)并實(shí)時顯示和進(jìn)行處理［2］。各層子系統(tǒng)共同協(xié)作，實(shí)現(xiàn)校園消防安全的動態(tài)監(jiān)控管理。

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。

　　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)用層軟件將存儲器的數(shù)據(jù)讀取到CPU進(jìn)行控制處理和實(shí)時存儲，從而實(shí)現(xiàn)將監(jiān)控區(qū)域?qū)崟r動態(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。

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)時動態(tài)顯示和實(shí)時存儲到監(jiān)控中心服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，同時對獲取的消防信息數(shù)據(jù)實(shí)時進(jìn)行安全值判定，如果數(shù)據(jù)值超過安全值范圍，實(shí)時發(fā)出預(yù)警信號并向與系統(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間掌握校園消防安全動態(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)計模式開發(fā)實(shí)現(xiàn)，整個應(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)時接收顯示功能實(shí)現(xiàn)

　　本模塊功能是，實(shí)時讀取信息機(jī)中消防信息數(shù)據(jù)并動態(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)毫秒級的定時數(shù)據(jù)交互處理。同時它基于異步的網(wǎng)絡(luò)I/O（Input/Output）接口，在功能界面動態(tài)顯示從信息機(jī)讀取的消防信息數(shù)據(jù)時，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)項目動態(tài)顯示時，在消防數(shù)據(jù)信息功能pshowdata.php文件中使用use Workerman\\Worker;和require_once′./Workerman/Autoloader.php′;兩個命令語句即可將Workerman框架包含到項目文件中，然后通過MYMws_worker = new Worker("websocket://信息機(jī)地址和端口號");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)時監(jiān)聽接收。實(shí)時接收顯示消防信息數(shù)據(jù)功能的具體流程如圖4所示。

　　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)時接收的消防信息數(shù)據(jù)與安全值實(shí)時比較，如果接收的實(shí)時消防信息數(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，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)號碼文件，通過file_get_contents函數(shù)讀取出管理員手機(jī)號，然后通過調(diào)用第三方短信平臺提供的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。

4系統(tǒng)測試

　　消防安全動態(tài)監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計開發(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。

　　硬件層測試按各個功能模塊逐一完成，測試是否能夠正確實(shí)時采集消防信息數(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。

　　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，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，一段時間后LED燈熄滅，表示采集終端已加入網(wǎng)絡(luò)，此時按下采集終端節(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)時動態(tài)更新顯示，能否實(shí)時存儲處理和當(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，軟件層能實(shí)時接收到信息機(jī)中的數(shù)據(jù)并在監(jiān)控界面實(shí)時動態(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)中的火焰信號時，發(fā)出預(yù)警信號并向管理員發(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，管理員手機(jī)接收的消防短信詳細(xì)說明發(fā)生險情的地點(diǎn)和險情種類。

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)代替人工定時巡檢的落后消防安全管理模式，當(dāng)發(fā)生消防安全險情時能第一時間掌握具體情況，為后面的消防險情處理爭取更有利的處理條件和更多的處理時間，極大地提高出警效率和險情處理效率，更好地保障在校師生的財產(chǎn)和生命安全。

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