消防远程监控系统的开发研究

　　
　　火灾报警设备是消防系统中非常重要的一环，家居、办公楼、商场、学校等社会各功能建筑都必须配备。目前市面上传统的火灾报警设备为烟雾报警器等简易报警设备，一般设置在天花板上，当火产生的烟雾扩散至天花板时，烟雾报警器感应到并发出警报，多数会在烟雾报警器附近设置洒水设备，当报警时自动开启洒水设备，但存在消防的后续消防处理问题。通过消防监控系统可以为整个环境的安全提供基础的保障。本论文的主要内容包括： 　　
　　1、完成系统硬件设计，设计一个ATMEGA328P单片机为核心主控，把洒水设备、传感设备、GSM模块与报警设备各大模块与之相连接与控制的硬件设备，并说明各部分模块的选用以及原理。
　　
　　2、完成系统硬件设计，对系统的各个下位机传感器的采集功能和控制功能进行设计，对远程监控系统上面的显示和控制功能进行设计，从而实现了实时感应烟雾浓度与温度，当感应到的烟雾浓度或者温度达到设定的危险阈值时，自动开启洒水设备进行灭火与蜂鸣器报警，同时将报警信号传给后台的监控系统。
　　
　　3、完成系统软件设计，通过功能需求分析和设计，搭建整个系统设计流程，本系统可以不用在火灾现场就可以了解现场情况，给火灾救援提供便利，更大程度保障人身安全。
　　
　　4.进行原型系统实现，完成原型系统实现和部署，进行界面成果展示。
　　
　　防患火灾的设备担负着人类生命财产安全的重要使命。其最重要的功能，是要尽早于火灾发生之时靠准确的传感器检测信息。本论文设计的消防远程监控系统除了是对住户的人身安全的保障与财物的及时止损之外，更有便利消防人员救灾抢险的功能，消防人员可通过监控平台远程了解火灾现场情况，可以更好地判断火势，也可更快捷有效地做出更为合适的救灾抢险计划。
　　
　　关键词：  无线传感、监测、防灾、智能型建筑。
　　 　　
　　Fire alarm equipment is a very important part of the fire control system, home,office buildings, shopping malls, schools and other social function buildings must be equipped. At present, the traditional fire alarm equipment on the market is smoke alarm and other simple alarm equipment, generally set on the ceiling, when the smoke generated by the fire spread to the ceiling, smoke alarm sensor and issued an alarm, most of the smoke alarm near the installation of sprinkler equipment, when the alarm automatically turned on sprinkler equipment, but There are problems of subsequent fire fighting. The fire monitoring system can provide a basic guarantee for the safety of the whole environment. The main contents of this paper include:
　　
　　1. Complete the hardware design of the system, design an ATMEGA328P single-chip microcomputer as the core control, the sprinkler equipment, sensor equipment, GSM module and alarm equipment modules connected with the hardware and control equipment, and explain the selection of each module and the principle.
　　
　　2. Complete the system hardware design, design the collection function and control function of each lower position sensor of the system, design the display and control functions on the remote monitoring system, thus realizing the real-time induction of smoke concentration and temperature, when sensed When the smoke concentration or temperature reaches the set dangerous threshold, the sprinkler device is automatically turned on to extinguish the fire and the buzzer, and the alarm signal is transmitted to the background monitoring system.
　　
　　3, complete the system software design, through the functional requirements analysis and design, build the entire system design process, the system can notunderstand the scene at the scene of the fire, to provide convenience for fire rescue,to ensure greater personal safety.
　　
　　4. Implement the prototype system, complete the prototype system implementation and deployment, and display the interface results.
　　
　　The equipment for preventing fire is responsible for the important mission of human life and property safety. The most important function is to rely on accurate sensors to detect information as early as possible when a fire occurs. The fire remote monitoring system designed in this paper is not only to protect the personal safety of the residents and stop the loss of property in time, but also more convenient for firefighters to rescue and rescue. Firefighters can know the fire scene by remote monitoring platform, which can better judge the fire situation, and can also be made more quickly and effectively. Suitable disaster relief plan.
　　
　　Key Words:   Wireless sensing, monitoring, disaster prevention and intelligent building。
　　 　　
　　1.1、研究背景。
　　
　　火灾是可燃物在时间或空间上失去控制的燃烧所造成的灾害，是威胁公众安全和社会发展的主要灾害之一。火，在给人类带来文明进步、光明和温暖的同时，也在其失去控制之时给人类造成了巨大的灾难。据统计，我国70年代火灾平均损失不到2.5亿元，80年代火灾平均损失接近3.2亿元[1]。进入90年代，特别是1993年以来，火灾造成的直接损失上升到年均十几亿元，年均死亡2000多人。严峻的事实证明，随着社会和经济的发展，社会财富日益增加，火灾给人类、社会和自然造成的危害范围不断扩大，它不仅毁坏物质财产，造成社会秩序的混乱，还直接威胁生命安全，给人们的物质与精神造成极大的伤害。智慧建筑为现今建筑行业中一个最具代表性的象征，智慧建筑中多数以居家舒适、节能、便利为主轴。目前国对内于智能型建筑的评估方式多采用智慧建筑解说与评估手册中的七项指标为基准，这七项指标包含信息通信、安全防灾、健康舒适、设备节能、综合布线、系统整合及设施管理七大指标，将建筑物内的空调、消防、排水、电气等建筑设备通过系统的方式，将所有设备连接成为有效率且互动性高，并俱有自动化功能，大幅提升建筑物的功能与品质。建筑防火为七大指标中安全防灾的一部分[2]，构筑有效率性防火系统的生活，是大众对于生命财产安全的一大保障、也是智慧建筑中不可或缺的重要项目。结合信息通讯科技的自动侦测与信息传输系统，即时掌握火场现状、警报通报、避难引导与自动灭火、或是强化火灾早期预防的科技技术等，皆是保护生命财产安全需求符合大众期待。目前国内正于发展智能型建筑产业，该产业包含建筑业与信息通讯产业的整合，前者是肩负火车头使命的传统产业，后者是产值屡创新高的高科技产业，两者各有其复杂且庞大的分工模式与产业结构，如何将这相异产业的产品做一个最有效的结合，并将智能型技术应用于建筑防火，对于建筑物火灾安全防护提升有其重要性[2]。残酷的现实让人们逐渐认识到火势监控预警和消防工作的重要性，消防远程监控系统进行实时监控与消防可以大大降低财产与人员的损失与伤亡，研究与完善消防远程监控系统有非常重要的价值与意义。
　　
　　1.2、研究意义。
　　
　　因社会型态的日益复杂化，国内每年发生火灾的概率也相对的提高，造成火灾的原因与室内装修使用易燃材料有很大的关系，政府相关单位因为对此问题的关切。本论文设计的消防远程监控系统除了是对住户的人身安全的保障与财物的及时止损之外，更有便利消防人员救灾抢险的功能，消防人员可通过监控平台远程了解火灾现场情况，可以更好地判断火势，也可更快捷有效地做出更为合适的救灾抢险计划。
　　
　　消防部门在地市一级是消防支队是地级市别的消防队，其部门设置较为齐全，无论是后勤还是技术部门都相对完整，而且管辖范围较广，相比较而言省一级的消防总队较少参与具体的消防行动，而县区或者基层消防部门缺少足够的资金和技术支撑，管辖范围火情灾害小种类低，所以以地市一级作为我这个系统的部署和研发单位最为合适，地市一级消防支队管辖单元也比较复杂，从需求分析上更需要这么一个远程监控系统进行辅助决策 。
　　
　　1.3、国内外研究现状。
　　
　　1.3.1、国内研究现状。
　　
　　国内学者在消防或者火灾监控系统研究领域也进行了大量的研究，首先在对于消防远程监控系统的目前的认识方面，国内教授重点分析了当前消防对于消防远程监控系统的意识管理缺乏和淡薄的问题，例如王澄等（2015）在着作中对于消防监控系统的安全特别是监控管理进行了分析[3]，傅军栋等（2016）在此研究之上，分析了我国建设消防、交通消防等管理过程中的远程监控控制问题[4]，都对我国消防工作人员在当前消防监控系统、管理意识培养中出现的不足点进行了列举。概括而言，目前无论消防管理人员、一线消防官兵工作人员的潜意识里对于在对于远徎火灾监控等环节的意识等都较为落后，虽然在认识上经过这几年的各类新闻报道有所提高，但安全意识和远程监控防范意识淡薄，对基本的工作场景缺少远程监控管理常识，更没有任何自动化辅助技术手段，所以目前消防易出现各类事故，而往往是由于缺少远程监控机制，容易引发更严重的次生灾害。
　　
　　在解决对策上，国内学者就此问题国内进行了大量的研究，周谦,刘志勤（2015）两位研究人员结合需求设计了智能消防远程监控控制系统，提供了解决这一问题的有效思路[5]，汪鸣宏（2016）进行了大量调研和研究，针对远程控制系统的关键技术进行了深入分析设计，重点对于监控系统架构和传感器采用、监控系统机制进行了分析，提出了通过物联网以及传感器联合驱动的整体架构，同时要大力研究新机制和新的技术工具[6]；杨凤生等（2016）在针对火灾远程监控系统问题的应用研究中分析了通过自动化的规则研判的相关研究[7]，武一、田颖（2016）认为火灾场景本身的特点决定了这个场景下监控算法分析是非常重要的，可以采用更加自动化和智能化的机制[8]。
　　
　　在智能化居住空间有关建筑防火避难系统的应用提到目前整合其他系统已监视系统居多，但防火设备，避难设施，消防抢救及支持等系统整合有待加强，建筑自动化不等于智能化，智能化应有操作系统及无线通讯技术、信息显像科技、传感技术、信息设备及能与空间互动的元件为技术主轴[9]。
　　
　　智慧建筑的兴起是由1984年首座举世公认的智慧建筑—City Place大楼[10]，导入电脑设备、信息通信技术与自动化控制技术等，以应对逐渐朝向高层化、大规模化与复杂化发展的建筑设备与管理维护等问题。智慧建筑即是在此时代科技的变革下为因应大量信息通信设施导入建筑空间，而产生的高科技建筑，也成为当今建筑领域中重要的发展方向[6]。
　　
　　以无线网络来建置一套智能型防火信息系统。当火警探测器侦测到火灾发生时，可立即通过远端探测器上的通讯协议，通过无线网络的信息传递，将最新的现场信息传送到防灾中心的消防信息系统上。此时系统会利用语音配合逃生指示灯，提供火场内人员逃生指引，并在防灾中心屏幕上显示火灾发生位置及显示相关消防设备连动的情况，同时通过语音向邻近的消防队发出通知[11]。在消防信息系统收到火灾信息同时，会由系统数据库中找寻该火场的位置图、消防设备设置图及其相关数据等，通过传真传送到消防队上，提供消防队抢救火场的重要参考，增加火灾的救援速度[12-14]。采用无线网络方式，平时除了相关设备扩充容易外，还有容易维护的优点，更可供管理人员随时掌控建筑物的状况，在火灾时并可自动正确的判断火场位置，提供相关人员逃生相关信息，以达到火场的人员有效逃生目的，降低生命财产的损失[15]。
　　 　　1.3.2、国外研究现状

　　1.4、研究内容

　　第2章、系统开发相关技术

　　2.1、物联网
　　2.1.1、物联网架构..
　　2.1.2、物联网的子系统.
　　2.1.3、 M2M.

　　2.2、 GSM通讯技术应用...
　　2.3、多层体系架构
　　2.4、开发平台
　　2.4、本章小结

　　第3章、系统总体设计.

　　3.1、系统总体设计.
　　3.2、系统软件功能
　　3.3、系统通信网络
　　3.4、本章小结

　　第4章、系统下位机设计

　　4.1、下位机软件.
　　4.1.1 、Timer中断处理程
　　4.1.2、初始化模块
　　4.1.3、温湿度检测读取模块
　　4.1.4 、烟雾探测模块
　　4.1.5、 马达连接，
　　4.1.6、 GSM通信模块软件设计

　　4.2、系统硬件电路设计
　　4.2.1、单片机基本电路.
　　4.2.2、驱动马达电路.
　　4.2.3、 GSM电路.
　　4.2.4、温湿度采样电路.
　　4.2.5、烟雾探测采样电路.
　　4.2.6、系统原理图.

　　4.3、本章小结

　　第5章、上位机详细设计与实现

　　5.1、系统关键技术设计
　　5.1.1 、B/S架构的设计
　　5.1.2、 数据库连接的设计.
　　5.1.3、GSM数据收发设计.

　　5.2、系统数据库设计
　　5.2.1、数据库概念结构设计.
　　5.2.2、数据库表的设计.

　　5.3、系统功能模块实现
　　5.3.1、 系统集成与开发环境
　　5.3.2、系统界面实现
　　5.3.3、用户登录模块
　　5.3.4、用户注册模块
　　5.3.5、系统数据保存功能
　　5.3.6、消防数据查询模块

　　5.4、系统部署
　　5.4.1、动态的网络负载均衡配置
　　5.4.2、在线热备份配置

　　5.4、本章小结.

　　第6章 总结

　　构建本系统的缘起是以提升建筑物智能化为目的，故参考智能型建筑设置，并考虑智能化系统实际应用面的效益与优缺点，作为改善建筑智能化的依据。系统的初步概念是以改善建筑空间中与本文息息相关的环境舒适度、防灾与保全等等问题的传感与自动化机制的需求，并以此概念规划系统所需的功能与机智，使系统达到具有感知、警示与主动控制的能力，并进一步降低人类对环境的破坏、降低灾害发生或扩散的机会，以减少灾害危及人员生命财产安全的概率。本论文所构建的无线传感网络应用于消防远程监控系统是以无线传感网络作为环境的传感系统，目的是希望建筑物能达到如同人类般具有神经系统的感知能力，并对环境与灾难做出灵敏且机制的反应。以防火为目的，开发以无线传感系统为基础的防火信息平台。开发信息系统的目的是希望提供电子化的传感信息，使运用无线传感网络作为火灾传感系统的使用者可以得到更立即与便利的监测信息。为了增加信息系统的功能性与使用性，本系统还构建了传感信息的查询功能，并以防火为目的设置火警警示、显示火灾信息与通报的功能，使救灾人员更容易掌握火灾发生的状况与信息，以提升防火系统从发现火灾到通报、救火的黄金时机。系统构建的过程，以系统开发以及获取无线传感网络的信号数据最为困难，故本研究已初步建构好信息系统与传感系统之间的沟通桥梁，虽然十分粗糙与简陋，尚不健全且不够智能化，但吾相信通过本研究所建构的系统雏形将有助于后续相关功能的建立。本系统构建的最终目标乃建构完整的无线传感网络的信息系统，初期规划系统的功能将以达到建筑物智能化的目的作为系统开发的依归，并希望借由本系统的开发可以提供更多、更立即的系统传感信息。而为了强化信息系统的功能，本研究规划构建一个可信息化、可查询、可警示与主动控制的信息平台，依据各种传感目的建立不同的系统功能，提供使用者更多与传感相关的信息，以搭起传感系统与使用者之间的沟通桥梁，且信息平台通过网络电子化的功能将有助于提升使用者和相关人员与传感系统、信息系统间的互动频率，增加系统的使用性与便利性。故本研究将参考智能型建筑设置的目的与建议，规划设计系统的功能。近程目标将先完成系统架构的规划与系统开发的雏形，系统开发的初期将以构建智能型建筑安全防火指标中的防火系统为目的，规划无线传感网络应用于消防远程监控系统的系统架构与系统功能的设计，并验证智能型建筑、无线传感网络与数据库系统结合的可行性与效益，以作为后续系统开发或改善的借鉴。综上所述，本研究的结论如下：

　　1.以无线传感系统取代传统建筑自动化监测设备，可有效地提升传感的灵敏度与准确性。

　　2.本系统可及早发现火灾的发生，掌握更精确的火场信息，进而提升救灾的效率。

　　3.本研究已成功的建立以无线传感系统为基础的信息平台。

　　4.可通过使用者查询界面，无时差、无距离的查询传感信息，达成开发无线传感网络的信息平台的目的。

　　5.可大幅提升智能型建筑监测设备与系统间管理与运作上的便利性与智能化程度。

　　参考文献