盧博欣，葛華勇，官洪運(yùn)

　?。|華大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，上海 201620）

　　摘要：為實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)生宿舍內(nèi)是否發(fā)生火災(zāi)，并在火災(zāi)發(fā)生時(shí)進(jìn)行報(bào)警，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”的概念，設(shè)計(jì)了一種無(wú)線獨(dú)立式宿舍火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用煙霧傳感器監(jiān)測(cè)火災(zāi)信號(hào)，采用GSM網(wǎng)絡(luò)的SMS（短消息服務(wù)）實(shí)現(xiàn)無(wú)線通信，并且采用B/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問(wèn)。該系統(tǒng)具有安裝維護(hù)方便、實(shí)用性強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控火災(zāi)情況，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)發(fā)生及時(shí)報(bào)警，從而確保人身和財(cái)產(chǎn)安全。

　　關(guān)鍵詞：火災(zāi)監(jiān)控報(bào)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(guó)部分學(xué)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(shí)，由于設(shè)計(jì)原因，并未著重考慮消防問(wèn)題，配有的消防設(shè)備不足；加之學(xué)生的消防意識(shí)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(duì)財(cái)務(wù)造成損失，更嚴(yán)重的可能危害到生命［1］ 。而傳統(tǒng)的火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)都是通過(guò)有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)傳輸，往往需要進(jìn)行綜合布線，并且需要購(gòu)買專用安裝軟件。安裝、維護(hù)成本高，靈活性差，具有一定的區(qū)域限制［2］。因此，設(shè)計(jì)一套宿舍火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)具有實(shí)際意義。無(wú)線獨(dú)立式火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)較為靈活，安裝方便，彌補(bǔ)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(shí)，該系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，通過(guò)Internet即可進(jìn)行訪問(wèn)，無(wú)需通過(guò)專用設(shè)備，不受空間的限制。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)對(duì)宿舍內(nèi)是否發(fā)生火災(zāi)進(jìn)行檢測(cè)，一旦發(fā)生火災(zāi)立刻報(bào)警，使得消防人員迅速趕往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行滅火，確保宿舍內(nèi)人員和財(cái)產(chǎn)的安全。

1系統(tǒng)架構(gòu)分析與設(shè)計(jì)

　　本文設(shè)計(jì)了一種無(wú)線獨(dú)立式宿舍火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用GSM模塊的SMS功能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并且采用B/S架構(gòu)，通過(guò)Internet即可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行訪問(wèn)監(jiān)控。系統(tǒng)框圖如圖1所示，分為火災(zāi)煙霧探測(cè)模塊和遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊，煙霧探測(cè)模塊通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊進(jìn)行通信，監(jiān)控人員通過(guò)Internet訪問(wèn)服務(wù)器。其具體工作原理為：火災(zāi)煙霧探測(cè)模塊通過(guò)煙霧傳感器以煙霧濃度作為火災(zāi)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)檢測(cè)到火災(zāi)發(fā)生時(shí)，觸發(fā)煙霧報(bào)警器報(bào)警，并且通過(guò)GSM網(wǎng)絡(luò)將信息發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊；遠(yuǎn)程服務(wù)器接收?qǐng)?bào)警信息，并且處理、存儲(chǔ)該信息，通過(guò)Internet發(fā)布到網(wǎng)頁(yè)上；監(jiān)控人員使用Web瀏覽器通過(guò)Internet訪問(wèn)監(jiān)控頁(yè)面進(jìn)行監(jiān)控，查看報(bào)警信息［3］。

2火災(zāi)煙霧探測(cè)模塊設(shè)計(jì)

　　火災(zāi)煙霧探測(cè)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(dú)立式光電感煙火災(zāi)探測(cè)報(bào)警器FSK01ZZS，使用煙散射光法，無(wú)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(jì)，兩者相距20~30 mm；當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙霧進(jìn)入探測(cè)環(huán)境，紅外發(fā)光元件發(fā)出的激光通過(guò)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(hào)時(shí)，產(chǎn)生電極失真現(xiàn)象以觸發(fā)警報(bào)信號(hào)［4］。除此之外，該煙霧傳感器具有圖1火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)框圖可移報(bào)功能，即可以將報(bào)警信號(hào)導(dǎo)出為電信號(hào)傳輸至MCU。

　　MCU采用1塊單片機(jī)，由于MCU主要負(fù)責(zé)采集由煙霧傳感器采集的報(bào)警電信號(hào)，以及控制GSM模塊將報(bào)警電信號(hào)以SMS（短消息）形式發(fā)送至遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊，MCU所需要承擔(dān)的工作量較小，因此，MCU采用1塊STM32的單片機(jī)。

　　GSM模塊采用AT指令將MCU編寫(xiě)的短信內(nèi)容發(fā)送至遠(yuǎn)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(hào)碼” “內(nèi)容”  //先輸入發(fā)送的號(hào)碼，再輸入SMS（短信息）內(nèi)容［5］。

　　近年來(lái)隨著移動(dòng)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(jìn)行通信，為了避免垃圾短信對(duì)系統(tǒng)造成干擾而導(dǎo)致誤報(bào)、錯(cuò)報(bào)火災(zāi)，需要對(duì)SMS（短信息）內(nèi)容格式進(jìn)行一定的處理。本系統(tǒng)采用的報(bào)警信號(hào)格式為：“firealarm+房間號(hào)+*”，從而避免誤報(bào)和錯(cuò)報(bào)。該系統(tǒng)采用無(wú)線通信方式，為了保證及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，需要對(duì)火災(zāi)探測(cè)模塊是否正常運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)，例如煙霧傳感器是否遺失等，通過(guò)定時(shí)向遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)送存在信號(hào)來(lái)保證系統(tǒng)的可靠性。采用的存在信號(hào)格式為：“firealarm+房間號(hào)+#”。

　　火災(zāi)煙霧探測(cè)模塊工作流程如圖3所示。MCU監(jiān)測(cè)傳感器是否有火災(zāi)發(fā)生，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，產(chǎn)生的煙霧進(jìn)入傳感器探測(cè)環(huán)境，觸發(fā)傳感器產(chǎn)生電信號(hào)，MCU監(jiān)測(cè)到電信號(hào)，控制GSM模塊發(fā)送報(bào)警信號(hào)短信息至遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊；另一方面，通過(guò)MCU設(shè)置定時(shí)器，定時(shí)向遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊發(fā)送存在信號(hào)短信。

3遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊設(shè)計(jì)

　　遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊由服務(wù)器和GSM模塊組成，GSM模塊通過(guò)串口與服務(wù)器相連接，負(fù)責(zé)接收從火災(zāi)煙霧探測(cè)模塊發(fā)送來(lái)的短信，并且通過(guò)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(yàn)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(chǔ)和分析等主要功能集成到服務(wù)器上，使系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、維護(hù)得到極大的簡(jiǎn)化，并且無(wú)需購(gòu)買安裝專用軟件，監(jiān)控人員僅僅需要通過(guò)Internet訪問(wèn)服務(wù)器的Web頁(yè)面即可對(duì)火災(zāi)情況進(jìn)行監(jiān)控，不受地點(diǎn)的限制，簡(jiǎn)單、方便、快捷［6］。

　　服務(wù)器的設(shè)計(jì)采用MVC（Model View Controller）的設(shè)計(jì)模式，對(duì)應(yīng)于Web應(yīng)用采用Servlet+JSP（Java Server Pages）+JavaBean模式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，其中JavaBean對(duì)應(yīng)于模型（Model），用于數(shù)據(jù)的封裝；JSP對(duì)應(yīng)于視圖（View）,負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)；Servlet對(duì)應(yīng)于控制器（Controller），用于實(shí)現(xiàn)用戶的請(qǐng)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(kù)層。依據(jù)MVC三層架構(gòu)原理進(jìn)行如下構(gòu)建方式步驟［8］：

　?。?）客戶端向Servlet發(fā)送請(qǐng)求，調(diào)用Service組件處理事件請(qǐng)求；

　?。?）Service組件調(diào)用DAO層通過(guò)JDBC（Java數(shù)據(jù)庫(kù)連接）獲取數(shù)據(jù)；

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

　　（4）數(shù)據(jù)在Service層進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后重新封裝進(jìn)JavaBean；

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

　?。?）頁(yè)面發(fā)送給客戶端。

　　服務(wù)器所實(shí)現(xiàn)的功能如下：

　?。?）用戶登錄注冊(cè)：用戶可以在系統(tǒng)的首頁(yè)中完成登錄以及快速注冊(cè)功能。登錄時(shí)，將輸入的用戶名和密碼與數(shù)據(jù)中用戶表的記錄進(jìn)行對(duì)比，輸入正確則進(jìn)入火災(zāi)監(jiān)控頁(yè)面，否則出現(xiàn)提示重新輸入；快速注冊(cè)時(shí)，先查詢數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)的用戶表中；否則出現(xiàn)提示重新輸入。

　?。?）火災(zāi)監(jiān)控：服務(wù)器收集通過(guò)串口從GSM模塊傳來(lái)的短信，解析短信內(nèi)容，并且將解析后的內(nèi)容存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)信息表中，Web頁(yè)面通過(guò)請(qǐng)求訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，查看宿舍內(nèi)火災(zāi)情況。當(dāng)接收到報(bào)警信息短信后，通過(guò)Web頁(yè)面中報(bào)警信息表查看到出現(xiàn)火災(zāi)的樓層、房間號(hào)、時(shí)間，點(diǎn)擊樓層平面圖后，在頁(yè)面中顯示該樓層的平面圖，并且頁(yè)面播放報(bào)警聲音提示監(jiān)控人員有火災(zāi)發(fā)生。

　?。?）報(bào)警器管理：可以添加、刪除報(bào)警器。輸入房間號(hào)，添加報(bào)警器，也可以從查詢結(jié)果表中，點(diǎn)擊“添加報(bào)警器”或者“拆除報(bào)警器”對(duì)房間進(jìn)行添加和刪除報(bào)警器。添加報(bào)警器后將數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)的房間表，刪除報(bào)警器后則將數(shù)據(jù)庫(kù)房間表中state字段（房間是否有報(bào)警器，1表示有，0表示沒(méi)有）置0。

　?。?）處理報(bào)警信息：當(dāng)監(jiān)控人員在火災(zāi)監(jiān)控頁(yè)面發(fā)現(xiàn)火災(zāi)信息后，點(diǎn)擊“進(jìn)入火災(zāi)報(bào)警信息處理”頁(yè)面，點(diǎn)擊“處理”后，火災(zāi)監(jiān)控頁(yè)面中報(bào)警信息消除，不再播放報(bào)警聲音，并且將數(shù)據(jù)庫(kù)中信息表中condition字段（報(bào)警信息是否處理，0表示未處理，1表示已處理）置1。

　　（5）查詢歷史記錄：可以根據(jù)月份查詢?cè)撍奚針歉鲗踊馂?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(shí)，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(gè)模塊，火災(zāi)煙霧探測(cè)模塊和遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊。系統(tǒng)開(kāi)啟并且運(yùn)行穩(wěn)定后，將火災(zāi)煙霧探測(cè)模塊放置于兩種簡(jiǎn)單環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試，即正常環(huán)境和火災(zāi)環(huán)境。

　　在正常環(huán)境下，報(bào)警器不報(bào)警，沒(méi)有出現(xiàn)錯(cuò)報(bào)或者誤報(bào)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(bào)聲，并且火災(zāi)煙霧探測(cè)模塊發(fā)出報(bào)警信號(hào)，遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊接收到信息，并且發(fā)布到頁(yè)面上，如圖4所示。進(jìn)入處理報(bào)警信息頁(yè)面點(diǎn)擊“處理”將該信息處理掉，如圖5所示。進(jìn)入查詢歷史信息頁(yè)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(jì)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)上述功能，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)系統(tǒng)及時(shí)報(bào)警，監(jiān)控工作人員可以對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，并且可以根據(jù)樓層平面圖找到具體位置，及時(shí)進(jìn)行滅火工作，控制火勢(shì)蔓延，保證人身和財(cái)產(chǎn)的安全；同時(shí)，系統(tǒng)可以查詢歷史信息，并進(jìn)行一定的處理，對(duì)預(yù)防火災(zāi)發(fā)生具有一定意義。

5結(jié)束語(yǔ)

　　本文研究了一種基于B/S架構(gòu)的宿舍無(wú)線獨(dú)立式火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。市場(chǎng)上傳統(tǒng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)多采用C/S架構(gòu)和CAN總線方式進(jìn)行通信，綜合布線成本高，且靈活性較差，監(jiān)控人員需要購(gòu)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(wú)線通信，無(wú)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(guò)Internet訪問(wèn)Web服務(wù)器即可進(jìn)行監(jiān)控，不受空間限制。系統(tǒng)采用無(wú)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。

參考文獻(xiàn)

　?。?］ 羅宇舟, 井維峰, 鄭正. 基于短信的高校宿舍智能火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)［J］.制造業(yè)自動(dòng)化, 2009,31(11):130131.

　?。?］ 王娜, 夏國(guó)榮. 智能小區(qū)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)［J］.微計(jì)算機(jī)信息, 2005(2): 7475.

　?。?］ 馬科, 陳和平, 王志芳,等. 基于移動(dòng)平臺(tái)的火災(zāi)短信報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì), 2008,29(9): 23872389.

　　［4］ 毛星. 家用煙霧報(bào)警器［J］.消防科學(xué)與技術(shù), 2012(9): 940.

　?。?］ MAO L, DUAN Q. Research and design of GSMbased fire alarm system［C］.11th Joint International Computer Conference, 2005: 308311.

　?。?］ HAO Q L, YANG P X, WANG M J, et al. A study of remote monitoring fire alarm system based on internet of things［C］.4th International Conference on Engineering Materials, Energy, Management and Control, MEMC 2014, 2014: 330333.

　　［7］ 李樹(shù)人, 韓芳溪, 郭春燕. 基于J2EE/MVC的就業(yè)管理信息系統(tǒng)的研究［J］.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì), 2008,29(4): 987990.

　?。?］ 薛峰, 梁鋒, 徐書(shū)勛,等. 基于Spring MVC框架的Web研究與應(yīng)用［J］.合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2012(3): 337340.