基于物聯網技術的高校消防安全動態監控管理系統實現*

羅云芳，黃錦祝

(1. 廣西職業技術學院 計算機與電子信息工程系，廣西 南寧 530226；2. 廣西機電職業技術學院， 廣西 南寧 530007)

?

基于物聯網技術的高校消防安全動態監控管理系統實現*

羅云芳1，黃錦祝2

(1. 廣西職業技術學院 計算機與電子信息工程系，廣西 南寧 530226；2. 廣西機電職業技術學院， 廣西 南寧 530007)

高校校園依賴人工巡檢實現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，針對此發生,造成重大消防事故，針對此情況，利用物聯網等先進的技術手段開發高校消防安全動態監控管理系統。系統經測試應用表明，實現了消防信息的實時動態采集、傳輸和處理，發生消防安全隱患即時向管理人員發出報警信息，有效地實現了校園消防安全動態監測和管理。

高校消防；物聯網；ZigBee；實時動態監控

0 引言

高校校園的安全穩定是各項教學活動得以正常開展的前提保障,校園內教室、宿舍和實驗室學生密集，當發生消防火災時，如不能及時發現，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生情況。因此，本文基于物聯網技術，設計開發高校消防安全動態監測管理系統，實現校園內消防重點監控區域消防信息的實時動態采集、傳輸和處理，發生消防安全的隱患時即時向管理人員發出報警信息，第一時間掌握發生消防安全的隱患，更好地實現校園消防安全的動態監控管理，保障校園消防安全。

1 系統總體框架

本高校校園消防安全動態監控管理系統按消防信息數據采集、傳輸控制和接收存儲顯示處理分為感知層、傳輸層和應用層[1]。感知層對應前端數據采集子系統，傳輸層對應數據傳輸與控制子系統，應用層對應遠程控制軟件子系統。由三個子系統構成的高校校園消防安全動態監控管理系統總體框架如圖1所示。前端數據采集子系統將煙霧、溫度和紅外等終端傳感設備布署在學生宿舍、教室和實訓室等消防重點監控區域，對監控區域煙霧、溫度和火焰等消防信息數據的實時動態采集；數據傳輸與控制子系統由ZigBee傳輸和控制模塊組成無線傳感網絡，將采集的消防信息數據傳輸給信息機節點，信息機節點實時接收并保存無線傳感網絡傳輸的消防信息數據；遠程控制軟件子系統采用PHP為開發語言，MySQL為后臺數據庫，基于B/S架構，按MVC(Model View Controller)模式開發并安裝布署在消防監控中心服務器的軟件系統，實現實時接收信息機節點中消防信息數據并實時顯示和進行處理[2]。各層子系統共同協作，實現校園消防安全的動態監控管理。

圖1 消防安全動態監控管理系統總體框架

2 系統硬件模塊實現

系統硬件模塊由前端數據采集子系統硬件和傳輸層的信息機節點嵌入式主控電路組成，負責消防信息數據的采集、接收、控制處理和發射傳輸。

前端數據采集子系統硬件主要包括溫度傳感器、煙霧傳感器和火焰傳感器采集校園監控場所消防信息數據，其中煙霧傳感器將采集的數據以315 MHz的發送頻率傳輸給數據轉換器，溫度和火焰傳感器將采集的數據以433 MHz的發送頻率傳輸給數據轉換器[3-4]。數據轉換器通過硬件與ZigBee控制模塊1連接，并將接收的數據傳輸給ZigBee控制模塊1，ZigBee控制模塊1與ZigBee控制模塊2組成無線傳感網絡實現將ZigBee控制模塊1的消防信息數據傳輸給ZigBee控制模塊2，具體實現消防信息數據采集、傳輸的系統傳感器節點結構如圖2所示。

圖2 傳感器節點結構圖

ZigBee控制模塊2通過硬件與信息機主控電路連接通信，將消防信息數據傳輸給信息機存儲器，信息機操作系統及消防信息處理應用層軟件將存儲器的數據讀取到CPU進行控制處理和實時存儲，從而實現將監控區域實時動態采集的消防信息數據傳輸保存到信息機系統的SQLite數據庫中，信息中接收存儲的消防信息數據再通過校園網絡傳輸給遠程控制子系統，供應用層處理使用。信息機實現的結構如圖3所示。

圖3 信息機結構圖

3 系統軟件模塊實現

應用層遠程控制管理子系統，主要實現實時從信息機數據庫中取出采集的消防信息數據、實時動態顯示和實時存儲到監控中心服務器數據庫中，同時對獲取的消防信息數據實時進行安全值判定，如果數據值超過安全值范圍，實時發出預警信號并向與系統捆綁的管理員手機發送短信息，將發生消防安全預警的區域位置和安全預警類型發送給管理員，實現消防安全管理員能第一時間掌握校園消防安全動態。為方便管理和操作，應用層遠程控制管理子系統基于B/S構架，采用PHP開發語言并以MySQL為后臺數據庫，利用ThinkPHP開發框架和Workerman高性能的PHP Socket 服務器框架，基于MVC設計模式開發實現，整個應用層遠程控制管理子系統布署于校園消防安全監控中心服務器，方便校園安全管理人員操作和管理[5]。

3.1 實時接收顯示功能實現

本模塊功能是，實時讀取信息機中消防信息數據并動態顯示在模塊功能界面，為提高系統消防信息數據讀取的實時性和穩定性，采用Workerman框架實現。Workerman是一款用PHP開發的高性能PHP Socket服務器框架，它可以實現毫秒級的定時數據交互處理。同時它基于異步的網絡I/O(Input/Output)接口，在功能界面動態顯示從信息機讀取的消防信息數據時，避免了頁面的頻繁刷新。在功能模塊的實現中使用Workerman框架的方法是，首先下載框架原文件，然后將框架文件復制到項目根目錄下。Workerman框架是PHP語言開發的開源框架，在實現項目動態顯示時，在消防數據信息功能pshowdata.php文件中使用use WorkermanWorker;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://信息機地址和端口號");語句創建Worker對象，使用onMessage方法實現信息機中消防信息數據的實時監聽接收。實時接收顯示消防信息數據功能的具體流程如圖4所示。

圖4 實時接收顯示消防信息數據功能實現流程

3.2 發送手機短信功能實現

本模塊功能主要是對實時接收的消防信息數據與安全值實時比較，如果接收的實時消防信息數據值超過安全值，則根據接收的消防信息數據超安全值的采集傳感器編號，利用T-SQL的Select語句查詢確定發生消防安全隱患的具體位置信息和發生的消防隱患類型，將查詢的信息組成短信內容，用fopen函數打開保存管理員手機號碼文件，通過file_get_contents函數讀取出管理員手機號，然后通過調用第三方短信平臺提供的API函數給管理員手機發送短信。實現向管理員手機發送預警短信的具體流程如圖5所示。

圖5 發送手機短信功能實現流程

4 系統測試

消防安全動態監控管理系統設計開發完成后，需對系統進行功能和性能測試，以驗證系統的功能和性能是符合到校園消防安全動態監控管理的要求。按系統結構測試分硬件層測試和遠程控制軟件層測試。

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時采集消防信息數據和對采集的數據進行傳輸。終端傳感設備主要負責消防節點消防數據實時采集，并將采集到的數據通過ZigBee網絡向外傳輸。終端采集節點采集消防信息數據的實現流程如圖6所示。

圖6 終端采集節點采集消防數據流程

通過測試ZigBee 協調器節點和 ZigBee 節點可以實現自組網，實現無線通信，協調器節點把所收到的信息通過串口通信方式傳送到嵌入式平臺，表明無線傳感網絡能正常實現數據傳輸[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無線傳感網絡連接，一段時間后LED燈熄滅，表示采集終端已加入網絡，此時按下采集終端節點按鍵，信息機界面顯示采集火焰傳感器地址和采集火焰傳感器的狀態，有火焰或無火焰。

軟件層測試主要驗證系統能否實時正常接收信息機傳輸的消防信息數據，并能否在監控界面實時動態更新顯示，能否實時存儲處理和當接收的消防信息數據超出安全值范圍發出預警信息及向管理員發送手機短信。通過測試，當信息機接收到新的消防信息數據時，軟件層能實時接收到信息機中的數據并在監控界面實時動態更新顯示，跟蹤數據庫日志出現新數據插入數據表的記錄[7]。當接收到信息機中的火焰信號時，發出預警信號并向管理員發送手機短信。測試軟件層系統與信息機連接并成功接收信息機數據，當發現火焰信息時，管理員手機接收的消防短信詳細說明發生險情的地點和險情種類。

5 結論

基于物聯網技術構建校園消防安全動態監控管理系統，采用現代的智能傳感設備、網絡技術和信息處理技術代替人工定時巡檢的落后消防安全管理模式，當發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和生命安全。

[1] 楊成剛. 基于物聯網的消防管理系統的設計與實現[D]. 長春：吉林大學,2015.[2] 王韋瑋,馬鵬飛,張永軍，等. 物聯網環境下基于B/S模式的監控系統[J]. 計算機與數字工程,2013，41(10)：1573-1575.

[3] 方剛,張雷. 基于ZigBee技術的電力輸電線路監測系統設計[J]. 儀表技術與傳感器,2013(3)：54-57.

[4] 李雪剛,黃夢醒,朱東海. 基于物聯網技術的遠程農田監控系統設計[J]. 計算機工程,2012，38(17)：20-23.

[5] 范德輝,高杉,倪萍. 物聯網智能終端適配中間件開發模式[J]. 計算機系統應用,2015，24(3)：151-155.

[6] 羅云芳. 基于物聯網的城市消防安全管理服務平臺[D]. 成都：電子科技大學,2014.

[7] 鄒先霞,賈維嘉,潘久輝. 基于數據庫日志的變化數據捕獲研究[J]. 小型微型計算機系統,2012，33(3)：531-536.

The realization of the dynamic monitoring and management system of the university′s fire safety based on the Internet of Things technology

Luo Yunfang1，Huang Jinzhu2

(1. Department of Electronic & Computer Engineering, Guangxi College of Vocational and Technical, Nanning 530226, China;2. Guangxi Technical College of Machinery and Electricity, Nanning 530007, China)

Campus relies on manual inspection to achieve fire safety management, so it’s often unable to grasp the occurrence of fire safety and fire accidents at the first time, resulting in the case of major fire accidents. Using Internet of Things technology, this paper develops dynamic monitoring and management system of the university’s fire safety. The application shows that the system has achieved dynamic real-time collection, transmission and processing of information of the fire, and when fire safety hazards occur it instantly sends alarm information to administrator, effectively implementing dynamic monitoring and management of campus’s fire safety.

university fire；Internet of Things；ZigBee；real-time dynamic monitoring

廣西區教育廳自然科學資金資助項目(KY2015LX614)

TP393

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.20.027

羅云芳，黃錦祝. 基于物聯網技術的高校消防安全動態監控管理系統實現[J].微型機與應用，2016,35(20)：96-98，102.

2016-05-28)

羅云芳(1981-)，男，碩士，講師，主要研究方向：軟件工程、計算機技術應用和計算機教學。

黃錦祝(1965-)，男，本科，教授，主要研究方向：計算機應用及軟件開發。