室內(nèi)安全實時監(jiān)測及遠程聯(lián)動報警系統(tǒng)

河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 王亞飛 沈根浩 馮朝霞 史智興

室內(nèi)安全實時監(jiān)測及遠程聯(lián)動報警系統(tǒng)

河北農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 王亞飛 沈根浩 馮朝霞 史智興

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，引發(fā)火災(zāi)的風(fēng)險因素越來越多，火災(zāi)的發(fā)生越來越頻繁。系統(tǒng)設(shè)計了一套基于GPRS和藍牙無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)安全實時監(jiān)測及遠程報警系統(tǒng)，通過在各個房間部置多傳感節(jié)點，來達到探測室內(nèi)溫度、CO濃度等信息的目的，從而實現(xiàn)對火災(zāi)災(zāi)情的精確把握。系統(tǒng)安裝容易、維護簡單、對建筑物破壞性小，能擴大火災(zāi)監(jiān)測范圍，并對消防監(jiān)測盲區(qū)進行改進，能早期發(fā)現(xiàn)并控制火災(zāi)，從而避免生命財產(chǎn)損失。

多方聯(lián)動；GPRS；遠程報警；藍牙傳感網(wǎng)絡(luò)；短信

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，中國進入火災(zāi)和急性CO中毒事故的高發(fā)期[1]。僅從2004年至2010年，全國高層建筑火災(zāi)就發(fā)生10萬多起，死亡4181人，傷4844人，直接經(jīng)濟損失高達144937萬元[2]。室內(nèi)CO主要源自家用燃氣的泄露和含碳物質(zhì)的不完全燃燒[3]。CO與血紅蛋白結(jié)合力是氧與血紅蛋白結(jié)合力的200～300倍[4－7]，CO進入人體后，與血紅蛋白生成碳氧血紅蛋白，造成肌體急性缺氧血癥，導(dǎo)致昏迷及死亡[8]。因此，研究和設(shè)計CO檢測和火警報警系統(tǒng)是非常必要的。

針對有線火災(zāi)報警系統(tǒng)抗干擾能力差、無法遠程訪問、高層建筑的消防聯(lián)動設(shè)備相互獨立且需人工處理的問題，本文設(shè)計了一套基于無線傳感網(wǎng)絡(luò)的火災(zāi)報警系統(tǒng)。當(dāng)CO濃度過高或發(fā)生火災(zāi)時，各房間的傳感器節(jié)點將報警信息發(fā)送給屋主、物業(yè)和鄰居，災(zāi)情蔓延時，屋主可遠程將房門和窗戶打開方便救援，從而避免更大的經(jīng)濟和生命財產(chǎn)損失。

1 系統(tǒng)功能設(shè)計

該系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。在每個房間中安裝一個節(jié)點，客廳中放置一臺中控設(shè)備。每套裝置預(yù)先錄入屋主，物業(yè)和鄰居的手機號碼。當(dāng)發(fā)生險情時房間節(jié)點通過藍牙將信息發(fā)送給中控，再由中控通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將報警短信發(fā)送至屋主，物業(yè)和鄰居。這時相關(guān)人員可以盡快完成報警，疏散和搶救任務(wù)。屋主還可以遠程將房門和窗戶打開方便救援。

圖1 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

系統(tǒng)劃分為傳感器節(jié)點、中控系統(tǒng)和遠程終端三部分。

2.1 傳感器節(jié)點

傳感器節(jié)點與中控模塊之間通過藍牙無線通信形成一個無線通信網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點集成了傳感器、微處理器和藍牙三個模塊，分別負責(zé)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓δ堋９?jié)點借助于傳感器測量所在周邊環(huán)境中的溫度、CO濃度信號，從而獲得溫度數(shù)據(jù)和CO濃度信息，并將所獲得的溫度數(shù)據(jù)和CO濃度信息傳送給中控。

溫度傳感器采用的是DHT11傳感器，該傳感器的測量范圍是0℃到50℃。CO傳感器采用的是MQ-7，該傳感器的測量范圍是10ppm到1000ppm。根據(jù)資料可得人在200ppm的CO中就有可能會發(fā)生危險所以將其報警點設(shè)置為溫度40℃CO濃度為200ppm.

2.2 中控模塊

中控模塊由GPRS模塊，51單片機，聲光報警模塊和藍牙模塊等組成。GPRS傳輸模塊由西門子的GSM通信模塊TC35，單片機電路，等構(gòu)成。主控模塊的單片機電路通過AT指令與GSM通信模塊TC35進行短消息的收發(fā)，單片機電路接收短消息指令并通過藍牙將數(shù)據(jù)請求發(fā)出，各個房間收到后依次將傳感器信息發(fā)回。通過這種方式可以實現(xiàn)對CO和溫度的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測。數(shù)據(jù)采集單元在啟動后，通過所連接的傳感器采集監(jiān)控區(qū)域的物理信息，對接收到的數(shù)據(jù)實現(xiàn)分析和處理發(fā)送到總處理器，總處理器判斷是否出現(xiàn)險情，如果出現(xiàn)險情則將預(yù)先存儲好的地址信息發(fā)出并啟動聲光報警和利用外圍電路實現(xiàn)打開門窗等動作。

2.3 遠程終端

遠程終端對于屋主來說就是手機。而對于物業(yè)和鄰居來說則是由GPRS模塊，51單片機和聲光報警等模塊組成。終端接收到險情類型和具體位置后將其顯示到顯示屏上為救援提供方便。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 中控的軟件設(shè)計

中控系統(tǒng)軟件流程如圖2所示，初始化GPRS模塊，包括串口初始化、定時器中斷初始化等。利用AT指令查看短信看是否有操作需要執(zhí)行，沒有則進行輪詢監(jiān)測觸發(fā)信號，輪詢采用的是最簡單的依次輪詢方式。當(dāng)監(jiān)測到觸發(fā)信號到來時，發(fā)送AT命令到GPRS模塊，并獲取GPRS模塊的輸入。設(shè)置短消息服務(wù)中心號碼及接收短信手機的號碼，并標(biāo)識用戶信息協(xié)議，設(shè)置用戶信息編碼方式。將編好的短信內(nèi)容發(fā)送至設(shè)定的手機號碼。該過程通過函數(shù)實現(xiàn)。

圖2 中控系統(tǒng)軟件流程圖

圖3 流程圖

3.2 節(jié)點的軟件設(shè)計

首先進行初始化定時采集信息等待中控的輪詢信息此時判斷是否發(fā)生險情。如果未發(fā)生險情則查看其他節(jié)點有沒有發(fā)送來報警信息。如果有著則優(yōu)先發(fā)送其他節(jié)點的信息。如果發(fā)生險情則嘗試向中控發(fā)送報警信息。如果發(fā)現(xiàn)中控信道被占，則向即將被輪詢到的節(jié)點發(fā)送報警信息。以保證報警信息可以及時被送達。具體流程如圖3所示。

3.3 聯(lián)動模式的實現(xiàn)

當(dāng)險情發(fā)生時中央控制器將帶有不同信息的短信分別發(fā)送至物業(yè)，鄰居和屋主的終端上發(fā)送的信息如表1所示。

表1

當(dāng)物業(yè)終端和鄰居終端接到報警信息后將發(fā)生危險的具體位置顯示到顯示屏上并進行聲光報警引起物業(yè)保安和鄰居的注意，保安和鄰居可以立即撥打119進行報警。如果危險不嚴(yán)重并且屋門打開保安和鄰居可以進行前期救援將危險消滅在萌芽中保護生命財產(chǎn)安全，如果現(xiàn)場較為危險則保安和鄰居可以進行人員疏散并搶救部分財產(chǎn)減少屋主的損失同時也可以進行清理道路等工作為將要到來的專業(yè)救援做好鋪墊提供幫助。形成一種鄰里和物業(yè)聯(lián)動的機制，將危險扼殺在搖籃里。重新喚醒社會的道德意識，減少火災(zāi)和CO中毒事件的發(fā)生。

當(dāng)屋主的手機接收到報警信息時，屋主可以發(fā)短信遠程將家中的排風(fēng)扇和門窗等設(shè)施打開，為大家的救援提供便利。同時為了避免該系統(tǒng)被不法分子利用，保證對家中設(shè)施的操作只能由屋主終端來控制，中控中預(yù)留了有權(quán)限的電話號碼并對這些操作設(shè)置了密碼。每一個操作都有固定的代碼例如表2，屋主在進行操作時必須采用正確的格式并輸對密碼才能操作成功。例如KM（操作代碼）2345678（密碼）：

表2

4 結(jié)論

通過實驗室的多次試驗和在住戶家中的實驗證明，本系統(tǒng)具有設(shè)計合理、信息傳送迅速可靠、性能穩(wěn)定的優(yōu)點。但是本系統(tǒng)的控制功能的實施，需要對相應(yīng)設(shè)備進行改造，比如門窗的動力機構(gòu)。

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[2]曹功立.基于FAHP-FCE模型的高層建筑火災(zāi)風(fēng)險評估研究[碩士學(xué)位論文].杭州:浙江大學(xué),2013.

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河北農(nóng)業(yè)大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃資助項目（項目編號：校級20161701、國家級201610086025）。

王亞飛（1997—），男，河北邯鄲人，大學(xué)本科。

史智興（1954—），男，河北新樂人，教授，博士生導(dǎo)師。