基于物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)室消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用

薛冬娟，陳夏青，紀(jì) 續(xù)

（大連海洋大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，遼寧 大連116023）

基于物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)室消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的嵌入式應(yīng)用

薛冬娟，陳夏青，紀(jì) 續(xù)

（大連海洋大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，遼寧 大連116023）

擬創(chuàng)建一個(gè)以物聯(lián)網(wǎng)為核心思想的嵌入式消防監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合遠(yuǎn)程信息采集、數(shù)據(jù)功能處理及后端管理控制幾大部分展開(kāi)了詳細(xì)敘述，并介紹了電腦及手機(jī)端的遠(yuǎn)程控制界面，以實(shí)現(xiàn)人物相連、物物相連的高效便捷的監(jiān)測(cè)功能。

物聯(lián)網(wǎng)；ZigBee；遠(yuǎn)程監(jiān)控；嵌入式系統(tǒng)

物聯(lián)網(wǎng)英文名稱(chēng)為“The Internet of Things”物聯(lián)網(wǎng)就是物物相連的互聯(lián)網(wǎng)[1-3]。物聯(lián)網(wǎng)的的定義是通過(guò)射頻識(shí)別（RFID）裝置、紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè)備，按約定協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接起來(lái)進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)[4]。目前，多數(shù)高校只具有簡(jiǎn)單的消防栓、滅火劑等消防器具，加之建筑眾多、人員分散等情況，火災(zāi)隱患較多、防護(hù)措施卻不夠完備。近年來(lái)，高校發(fā)生的火災(zāi)事故時(shí)有發(fā)生，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失及人員傷亡。嚴(yán)酷的事實(shí)亟待要求建立一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集與管理中心并快速傳達(dá)至監(jiān)控平臺(tái)，以達(dá)到從根源管理與控制的目的，提高整體防火預(yù)災(zāi)的技術(shù)水平。

嵌入式系統(tǒng)是以應(yīng)用為核心點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持下進(jìn)行的。它的定義著重強(qiáng)調(diào)軟硬件可裁剪、專(zhuān)用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)，這是它與通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不同的地方。其發(fā)展過(guò)程主要分為以下幾個(gè)階段：

第一階段的系統(tǒng)是圍繞控制器發(fā)展的，該控制器可自由編程，用于檢測(cè)方面和伺服方面等；

第二階段的系統(tǒng)主要是圍繞著微處理器來(lái)發(fā)展的系統(tǒng)，可以使用相關(guān)的軟件支持；

第三階段是以嵌入式操作系統(tǒng)為代表的嵌入式系統(tǒng)[5]。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

1.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)架圖

系統(tǒng)主要包含遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、后端管理控制模塊、報(bào)警裝置模塊。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

1.2 結(jié)構(gòu)模塊功能

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)功能模塊由溫濕度傳感器、CO傳感器、光照強(qiáng)度傳感器、煙霧及人體感應(yīng)傳感器組成，各傳感器可感知外界的物理信息變化，進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，保證系統(tǒng)信息的準(zhǔn)確性。

數(shù)據(jù)采集模塊是將傳感器采集的信息錄入C8051F020單片機(jī)，轉(zhuǎn)化成數(shù)字量模擬信號(hào)。后端管理控制模塊由主控板、顯示器、zigbee標(biāo)簽和管理控制軟件組成，將數(shù)據(jù)采集模塊中的數(shù)字信息錄入STM32單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)將zigbee網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)wifi，即zigbee轉(zhuǎn)wifi網(wǎng)關(guān)。報(bào)警裝置模塊：當(dāng)管理控制模塊中zigbee標(biāo)簽接收到信號(hào)時(shí)，反饋給聲光報(bào)警裝置，通過(guò)裝置上集成的LED及高分貝蜂鳴器使周邊人群快速獲知火災(zāi)發(fā)生信息。

1.3 嵌入式系統(tǒng)的布置與應(yīng)用

基于嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及功能地點(diǎn)，設(shè)計(jì)布置了實(shí)驗(yàn)室消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，其通訊協(xié)議是基于Modbus協(xié)議的修改版，Modbus協(xié)議的修改版具有更符合標(biāo)準(zhǔn)和更加完善的優(yōu)點(diǎn)。感知層感應(yīng)并分別采集兩個(gè)實(shí)驗(yàn)室的溫濕度、光照、CO、煙霧等物理信息，轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)傳入ZigBee開(kāi)發(fā)板，利用ZigBee開(kāi)發(fā)板將數(shù)據(jù)信息傳給STM32單片機(jī)，將事先編寫(xiě)的特定程序指令放入單片機(jī)的存儲(chǔ)器中，使其對(duì)傳入的各個(gè)信息進(jìn)行分類(lèi)處理，判斷是否達(dá)到預(yù)警值，最后通過(guò)wifi傳給上位機(jī)，上位機(jī)將接到的信息以命令的形式傳給下位機(jī)，下位機(jī)根據(jù)此命令解釋成相應(yīng)時(shí)序信號(hào)直接控制相應(yīng)設(shè)備，下位機(jī)不時(shí)讀取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)反饋給上位機(jī)，上位機(jī)與下位機(jī)的配合過(guò)程需要輸入C++編程，制作專(zhuān)門(mén)的開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，才能完成特定的命令[6]。

電腦PC端將處理后的數(shù)據(jù)以圖表形式展現(xiàn)（如下圖2所示），每個(gè)圖表代表一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)信息，每個(gè)傳感器數(shù)據(jù)值對(duì)應(yīng)兩個(gè)條形圖，左側(cè)為淺灰色，表示實(shí)驗(yàn)室的實(shí)際數(shù)據(jù)值，且每?jī)煞昼姼鼡Q一次，用戶也可按照需求自己設(shè)定，右側(cè)條形圖為黑灰色，表示火災(zāi)危險(xiǎn)的預(yù)警值，一旦實(shí)際數(shù)據(jù)等同于預(yù)警值，設(shè)備所連接的蜂鳴器就會(huì)發(fā)出警報(bào)聲，指示燈也會(huì)發(fā)亮出現(xiàn)規(guī)律性閃動(dòng)。人體熱釋電紅外傳感器輸出0、1的電頻信號(hào)，不具有報(bào)警功能，只要有人出現(xiàn)，條形圖的數(shù)據(jù)就會(huì)一致，蜂鳴器不會(huì)發(fā)出警報(bào)聲，只是為了監(jiān)測(cè)火災(zāi)隱患監(jiān)控區(qū)域人流情況。同時(shí)，利用JAVA編程及其JDK環(huán)境+安卓SDK+eclipse+安卓ADT，并采用32位的JDK，可實(shí)現(xiàn)安卓手機(jī)端的遠(yuǎn)程消防監(jiān)控。

圖2 實(shí)驗(yàn)室消防監(jiān)測(cè)系統(tǒng)感應(yīng)數(shù)據(jù)閥值表

2 發(fā)展前景

基于物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)驗(yàn)室消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)使用電腦PC端、手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)室消防監(jiān)控系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)采集，因采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和優(yōu)先系統(tǒng)相結(jié)合的方法，大大改善了使用環(huán)境及使用條件的限制，可以更加方便、更加簡(jiǎn)單地控制該系統(tǒng)和獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，極大地解決了傳統(tǒng)的消防設(shè)置所存在的反應(yīng)速度慢、發(fā)現(xiàn)火情不及時(shí)、靈敏度低和可靠性低的問(wèn)題。此外，該系統(tǒng)成本較低，不含有隱性消費(fèi)，在節(jié)省學(xué)校設(shè)備成本的同時(shí)，還大大降低了人資消耗，減少了機(jī)械的、人為的循環(huán)式的監(jiān)測(cè)。

3 結(jié)束語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)是新興的全球化產(chǎn)業(yè)，具有良好的發(fā)展前景[7]，嵌入式的實(shí)驗(yàn)室消防遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的大潮下應(yīng)運(yùn)而生的，可有效降低火災(zāi)帶來(lái)的人資損失，可操作及實(shí)用性較強(qiáng)，可同時(shí)擴(kuò)展運(yùn)用到商場(chǎng)、醫(yī)院、企業(yè)等人流量大的場(chǎng)合，為解決火災(zāi)預(yù)防問(wèn)題奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，并推動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。

[1]馬 驥，王 彬，劉琦洲.物聯(lián)網(wǎng)在公交車(chē)智能監(jiān)控調(diào)度系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2012，2（01）：60-62，65.

[2]朱曉榮，孫 君，齊麗娜，等．物聯(lián)網(wǎng)[M]．北京：人民郵電出版社，2010．

[3]Internet of Things in 2020：Roadmap for the Future[R]．EpoSS．2011.

[4]孔曉波.物聯(lián)網(wǎng)概念和演進(jìn)路徑[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2009，22（12）：12-14.

[5]王俊青.基于嵌入式Linux的實(shí)驗(yàn)室遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D].青島：中國(guó)海洋大學(xué)，2012.

[6]孫曉剛.WINDOWS上位機(jī)和DOS下位機(jī)串行通訊的實(shí)現(xiàn)[C]//第二屆全國(guó)信息獲取與處理學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.中國(guó)儀器儀表學(xué)會(huì)，2004：2.

[7]劉愛(ài)軍.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)現(xiàn)狀及應(yīng)用前景展望[J].物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，2012，2（01）：69-73.

Embedded Application of Laboratory Fire Remote Monitoring System Based on Internet of Things

XUE Dong-juan，CHEN Xia-qing，JI Xu
（College of Mechanical and Power Engineering，Dalian Ocean University，Dalian Liaoning 116023，China）

The author intends to create an embedded fire monitoring system based on internet of things.Combining with remote information collection，data function processing and back-end management control，the paper describes in detail，and introduces the remote control interface of computer and mobile phone，in order to realize the high efficient and convenient monitoring function of the characters connected and connected.

internet of things；zigbee；remote monitoring；embedded system

TU998.1

B

1672-545X（2017）09-0129-02

2017-06-28

薛冬娟（1970-）女，河北石家莊人，博士，副教授，研究方向?yàn)樯a(chǎn)運(yùn)作管理、工業(yè)工程等領(lǐng)域；陳夏青（1997-），女，河南洛陽(yáng)人，在讀本科，研究方向：工業(yè)工程；紀(jì) 續(xù)（1995-），男，遼寧朝陽(yáng)人，在讀本科，研究方向：工業(yè)工程。