基于阿里云的智慧消防系統的開發與設計

張春香

摘要：該文提出一種基于阿里云的智能消防系統。利用NB-IOT技術和移動互聯網技術，用戶可以通過手機App隨時隨地監控智能終端設備的實時運行狀態和所處環境的實時數據，本系統由煙霧報警系統、云平臺測控系統和移動終端系統構成，用戶可以對遠端的智能消防設備進行實時的監控，并能及時的收到遠程的異常報警信息，從而可以及時地對異常情況進行處理，降低災害所帶來的損失。

關鍵詞：智能消防;阿里云;智能終端;物聯網

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）36-0084-03

Abstract： The paper presents an intelligent fire fighting system based on Alibaba cloud.NB - IOT technology and mobile Internet technology， the user can through the phone App anytime， anywhere monitoring intelligent terminal equipment real-time running status and environment of real-time data， the system measurement and control system by the smoke alarm system， cloud platform and mobile terminal system， users can remote intelligent fire equipment for real-time monitoring， and can timely received remote exception alarm information， which can be timely to deal with abnormal situation， reduce the disasters brought about by the loss.

Key words： intelligent fire fighting; Alibaba cloud; intelligent terminal; IoT

1 引言

隨著移動互聯網和物聯網（Internet of Things，IoT）技術的高速發展，特別是近幾年來人工智能、大數據及云計算等新技術的飛速發展，生活中的各個領域都進入了智慧建設階段，其中智慧城市就是其中的一個重要的建設方向，在智慧城市中有智能交通，智慧消防等都是智慧城市建設范疇。作為保障人民生命財產中的重要一環，智慧消防建設是智慧城市建設的重要的一部分。智慧消防有兩個重要的組成部分，分別是智能化的終端設備和云端的物聯網平臺[1]，基于阿里云的智慧消防系統綜合了物聯網云平臺和智能終端的各自的優點，加上了低功耗的廣域網技術，充分利用智能技術、遠程無線通信技術和云計算技術，擴大了消防管理的廣度與深度，形成了一個新型高效的智慧安防系統，可以在火災監測、預警、滅火救援、消防設施的維護保養等方面發揮重要作用[2-3]。

2 系統總體架構

該系統主要是依托阿里云搭建的一套物聯網云平臺系統，由應用層、網絡層、設備層三層架構組成，應用層由兩部分構成，客戶端和云平臺端，其中客戶端分為PC端的Web和移動端App，云平臺端包含應用服務器等各種服務器。網絡層由NB-IOT或4G/5G或WIFI等通信網絡構成、感知層由智能消防設備組成，包含有煙霧傳感器和控制系統STM32等。系統結構如圖1 所示。

2.1 感知層

感知層主要功能為信息的采集，由各種傳感器以及傳感器網絡組成，本系統中主要由包括溫度傳感器、濕度傳感器和煙霧傳感器等感知終端，采集環境中的溫度和濕度以及煙霧等信息，并通過網絡傳輸到云平臺端。

2.2 網絡層

感知層采集到的數據要傳輸到云平臺端需要通信技術的支持。通信技術可以通過現有的局域網技術（如WIFI或有線網線）連接Internet到云平臺端，也可以通過移動通信技術（如：3G、4G）遠程連接到云平臺端。目前物聯網通信技術中用得比較多的是無線通信方式，包括WIFI、3G、4G、5G 等方式。特別的，在低功耗廣域網技術中，目前比較熱門的通信技術有NB-IOT和LoRa兩種技術。具體使用哪種技術根據實際情況選擇以滿足應用的需要。

2.3 應用層

應用層由兩部分構成，客戶端和云平臺端，其中云平臺端包含應用服務器等各種服務器，其中Web應用也可以直接創建在云平臺端。客戶端分為PC端的Web和移動端App，移動終端應支持各種不同操作系統的手機及平板等各種移動設備，通過這些移動設備可以直接隨時查看云平臺端的監測數據，并實時接收一些云平臺端推送過來的數據， 實現消防設備運行狀態的實時監控，云平臺推送的報警信息、設備電量信息等信息及時地被移動端接收到，以實現各種異常情況的報警。同時移動設備可以查詢歷史數據、各種狀態數據分析圖等功能。電腦終端通過Web瀏覽器與云平臺交互，除了實現移動端App全部功能外，還具備系統管理和維護的功能。

3 阿里云物聯網平臺介紹

阿里云是阿里巴巴旗下的一款互聯網產品，主要為用戶提供云服務器、彈性計算、云存儲、RDS等服務，為200多個國家和地區的企業、開發者和政府機構提供云計算基礎服務及解決方案。其中的物聯網云平臺為設備提供安全可靠的連接通信能力，向下連接海量設備，支撐設備數據采集上云;向上提供云端API，服務端通過調用云端API將指令下發至設備端，實現遠程控制。該平臺為各類IoT場景和行業開發者賦能，使開發者能夠實現全球快速接入、跨廠商設備互聯互通、調用第三方智能服務等，快速搭建穩定可靠的物聯網應用。

4 系統的設計與實現

4.1 硬件設計與實現

智能消防智能終端的設計如圖2所示，以STM32F103作為主控制器，搭載溫度和濕度傳感器模塊、煙霧傳感器模塊、報警模塊和NB-IOT通信模塊。STM32F103主控制器是整個系統的核心部分，負責各模塊之間的數據通信，并根據和各模塊通信情況，并及時做出異常判斷和處理。

煙霧傳感器模塊傳感器用于監測當前環境中的煙霧濃度，并將監測到的煙霧濃度值傳送到STM32主控制器。溫度和濕度傳感器模塊用于監測當前環境中的溫度和溫度，也同樣將監測到的溫度和溫度值傳送到STM32主控制器。NB-IOT通信模塊是智能終端和云平臺溝通的橋梁，它將智能終端設備采集到的各傳感器的數據上傳到云平臺，也將云平臺下發的指令傳遞到主控制器，用于用戶對智能終端進行控制。報警模塊在接收到主控制器發送過來報警指令時，報警模塊將啟動聲光報警，以提示用戶出現了異常情況。主控制器是整個系統的核心部分，負責各模塊之間的數據通信，并根據和各模塊通信情況，并及時做出異常判斷和處理。主控制器在收到各傳感模塊傳送過來的值之后將數據上傳到云平臺，管理系統根據這些數據進行綜合分析，如果煙霧濃度和溫濕度達到了報警的閾值則通過云平臺下發報警指令，主控制器啟動報警模塊進行火災報警。

NB-IOT通信模塊與阿里云平臺通過MQTT協議進行通信。在STM32主控制器中的主要的連接代碼和步驟如下。

第一步：阿里云產品三元素的設置。

#define ProductKey? ? ?"a1Qgy*****K"

#define DeviceName? ? "W*****"

#define DeviceSecret? ? "e8f35b629a918**********f5228b0d"

第二步：通過MQTT協議以下指令登錄到阿里云服務器。

lAT+CIMI

lAT+CSQ

lAT+CGATT

lAT+QMTCFG

lAT+QMTOPEN

lAT+QMTCONN

第三步：向阿里云服務器發送數據

lAT+QSOSEND

4.2 云平臺的設計與實現

云平臺端的設計主要是有設備模型的設計，設備的管理，設備的監控等，包括有Web端和手機移動端。首先要創建一個消防設備產品模型。如圖3所示。

智慧消防產品創建好之后，這類型的產品下面就可以創建具體的設備，與真實的硬件設備進行映射。設備的創建如圖4所示。

消防設備創建好之后，啟動智能終端，智能終端會將采集到的數據信息上傳到阿里云平臺，如圖5所示。在阿里云平臺將顯示該設備為在線狀態，并且會顯示溫度，濕度和煙霧濃度信息。這些信息可以在云平臺端和本地端進行管理，設置報警閾值，一旦達到報警的條件，將通過發送短信或撥打電話的方式通知用戶，同時向智能終端下發報警指令，智能終端的報警模塊將觸發聲光報警。

4.3 移動端的設計

移動端設計為了一個手機App軟件，可實現掌上在線數據監測，歷史數據在線查詢，設備的綁定和基本的設備管理等功能，以確保設備始終健康運行， 防患于未“燃”。

5 結論

本文利用阿里的物聯網云平臺等技術，實現用戶對智能消防產品的實時監控。智能感知終端通過傳感器采集用戶環境的數據，通過NB-IOT通信模塊將這些數據發送到阿里云平臺，當云平臺分析到這些采集到的數據異常時，向主控制器下發報警指令觸發報警，并向用戶發送報警信息或撥打報警電話，使得用戶能遠程獲取異常報警情況，通過遠程的實時監控及時處理異常信息，從而降低災害所帶來的損失。

參考文獻：

[1] 范杰.IOCP模型在智慧消防物聯網云平臺中的應用[J].電子元器件與信息技術，2019，3（4）：8-11，116.

[2] 鄧志明.基于物聯網的智慧消防服務云平臺[J].江西化工，2017（3）：225-227.

[3] 賴瑩，李立群.物聯網電氣火災預警云平臺[J].智能建筑，2019（5）：77-80.

【通聯編輯：梁書】