基于物聯網的建筑火災預警系統

耿曉帥 孫世梅 王遠航 傅貴

摘要：本文以信息化建筑火災預警為研究方向，以物聯網技術為基礎，在建筑內各節點布設多種傳感器，采集建筑火災發生時當前環境的物理參數，包括溫度、濕度、煙霧等。利用ZigBee模塊，建立通信網絡，實現節點和主機的通訊，終端的數據庫接收傳感器反饋的參數，在人機交互界面上顯示，實現預警。

關鍵詞：建筑;火災預警;物聯網;ZigBee

中圖分類號：TU892 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）11-0093-02

近年來，建筑火災多發，建筑火災撲滅難、救援難，起火原因多樣，社會影響巨大[1-2]。2016年，全國共發生火災31.2萬起，亡1582人，傷1065人，直接財產損失37.2億元。從人員傷亡分布看，建筑火災傷亡人數占火災總傷亡人數的90.1%;從損失分布看，僅住宅火災直接財產損失已經達到7.5億元，占損失總額的20.1%。由此可見，快速精準的火災預警是預防建筑火災管控的重點之一[3]。然而，現有的建筑火災預警系統的信息共享還不成熟，各設備在運行中相對獨立，終端從各獨立系統取得的信息也不夠集中，難以及時和準確得反映火災發生的位置和嚴重程度，這就可能造成火災安全事故[4-7]。因此，本文針對這種情況設計了基于物聯網的建筑火災預警系統。

1 物聯網

物聯網是國家“十二五”計劃的重點之一，是使用電子技術使得軟件硬件結合達到進一步信息化的思想，是互聯網的延伸和發展[8]。物聯網在體系結構上主要包括三層：感知層、網絡層和應用層[9-11]。其中感知層主要包括組成無線傳感網絡的普通傳感節點，用于連接無線傳感網絡、移動通信網絡Internet等;網絡層主要是網絡通信基礎設施;應用層主要涉及各種物聯網應用。

2 運用物聯網實現火災預警

2.1 系統總體架構

感知層的傳感節點主要包括ZigBee模塊、溫濕度傳感模塊、煙霧傳感模塊、數據采集模塊等。傳感節點通過數據采集模塊將各參數信息轉換為AD值。當收集到的參數超過設定閾值時，傳感節點則通過網關節點上傳報警數據給服務器。

網絡層的傳感網關節點，選擇GPRS網絡將感知層的數據上傳到互聯網。網關節點包括兩個部分：主控模塊和Link節點。主控模塊通過移動通信模塊連接服務器進行雙向通信;Link節點連接無線傳感網絡進行雙向通信。

應用層選擇TCP協議作為通信手段。通信軟件需和網關節點保持通信，在服務器上運行。

2.2 系統硬件

系統硬件主要包括Atmega8單片機，DHT11溫濕度傳感器和MQ2煙霧傳感器模塊，蜂鳴器報警模塊和ZigBee模塊，電源模塊。系統硬件構成如圖1所示。系統工作過程中，單片機實時接收各傳感器發送的數據。當出現火災情況后，系統檢測到的信號將超出閾值，驅動聲光報警模塊進行報警。同時單片機通過AT指令驅動ZigBee模塊工作，把報警信號發送到遠程終端，實現遠距離報警。

2.3 系統主要子程序

整個系統的軟件部分采用自上而下的模塊化程序設計，各分支部分分別實現，其主要子程序如圖2所示。系統讀取感知節點各參數信息，判斷其是否超過設定的閾值，一旦超過時即發出警報，并將狀態信息傳輸至遠程終端。

2.4 人機交互界面

本文以吉林建筑大學實驗樓一樓為例，建立了PC端的人機交互界面，使管理員能第一時間清晰直觀得對建筑內火災發生情況有一個整體性的了解，再通過具體監測數據對火災情況進一步分析。系統總覽圖以建筑設計圖為基礎，集中體現樓梯、衛生間、門窗的位置，節點傳輸至數據庫的信息經過調用函數抓取，在二維或三維圖中予以顯現，如某節點感知火災則在總覽圖中標紅并且發出警報。具體感知到的數據信息可由左側拉取獲得。為滿足管理者需要回放過去記錄的需求，設置了一個可在總覽圖回放固定時間段系統記錄數據的功能板塊。

模擬真實環境，系統對各區域溫度、濕度、煙霧濃度進行實時監測，判斷1區參數超出正常值，系統發出警報，并在主界面上顯示（如圖3所示），預警平面圖中1區位置標紅（如圖4所示），管理員根據火情及火災發生地點快速實施應急措施。通過以上實測，進一步驗證了本文設計的建筑火災預警系統在火災沒發生或火災初期具有針對性的預防作用，而且能從源頭上控制火災隱患，為人員疏散、財產搶救和避免重特大火災事故的發生提供了保障。

3 結語

本文以建筑火災預警為研究對象，設計了基于物聯網的建筑火災智能預警系統，詳細闡述了系統的總體方案。通過模擬真實環境，采集火災發生時的溫度、濕度、煙霧濃度等參數，并利用ZigBee模塊，實現節點和主機的通訊，在人機交互界面上集中顯示，全方位感知建筑內火災情況，更加科學高效地實現火災預警。

參考文獻

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Construction Fire? Alarm System Based on Internet of Things

GENG Xiao-shuai1，2，SUN Shi-mei1，2，WANG Yuan-hang1，2，Fu Gui2，3

（1.Municipal and Environmental Engineering，Changchun? Jilin， 130118; 2.Institute for Accident Prevention Science， Changchun? Jilin? 130118; 3.College of Resources & Safety Engineering， China University of Mining & Technology， Beijing? 100083）

Abstract：This paper takes information construction fire alarm as research direction. Based on the Internet of things ， a variety of sensors are arranged at each node of the construction to collect the physical parameters of the current environment， including temperature， humidity and smoke concentration， when construction fire occurs. Using ZigBee module， a communication network is established to realize the communication between nodes and hosts. The database of the terminal receives the parameters feedback from sensors， displays on the human-computer interaction interface， and realizes the early warning.

Key words：construction;fire alarm;Internet of things;ZigBee