盧博欣，葛華勇，官洪運
（東華大學 信息科學與技術學院，上海 201620）
摘要：為實時監控學生宿舍內是否發生火災，并在火災發生時進行報警，結合“互聯網+”的概念，設計了一種無線獨立式宿舍火災監控報警系統。該系統采用煙霧傳感器監測火災信號，采用GSM網絡的SMS（短消息服務）實現無線通信，并且采用B/S架構實現遠程訪問。該系統具有安裝維護方便、實用性強、成本低等特點，可實時監控火災情況，實現火災發生及時報警，從而確保人身和財產安全。
關鍵詞：火災監控報警系統；煙霧傳感器；SMS（短消息服務）；B/S架構
0引言
目前，我國部分學生宿舍房屋結構采用單一的磚木結構，建筑結構構件的耐火極限較低；與此同時，由于設計原因，并未著重考慮消防問題，配有的消防設備不足；加之學生的消防意識淡薄，生活中用火用電不規范，造成宿舍內火災頻發，不僅僅對財務造成損失，更嚴重的可能危害到生命［1］ 。而傳統的火災監控報警系統都是通過有線網絡進行信號傳輸，往往需要進行綜合布線，并且需要購買專用安裝軟件。安裝、維護成本高，靈活性差，具有一定的區域限制［2］。因此，設計一套宿舍火災監控報警系統具有實際意義。無線獨立式火災監控系統較為靈活，安裝方便，彌補了傳統系統需要綜合布線且成本較高的弊端。與此同時，該系統采用B/S架構，通過Internet即可進行訪問，無需通過專用設備，不受空間的限制。該系統可以實時對宿舍內是否發生火災進行檢測，一旦發生火災立刻報警，使得消防人員迅速趕往現場進行滅火，確保宿舍內人員和財產的安全。
1系統架構分析與設計
本文設計了一種無線獨立式宿舍火災監控報警系統。該系統采用GSM模塊的SMS功能進行數據通信，并且采用B/S架構，通過Internet即可對系統進行訪問監控。系統框圖如圖1所示，分為火災煙霧探測模塊和遠程服務器模塊，煙霧探測模塊通過GSM網絡與遠程服務器模塊進行通信，監控人員通過Internet訪問服務器。其具體工作原理為：火災煙霧探測模塊通過煙霧傳感器以煙霧濃度作為火災報警信號進行監控，當檢測到火災發生時，觸發煙霧報警器報警，并且通過GSM網絡將信息發送到遠程服務器模塊；遠程服務器接收報警信息，并且處理、存儲該信息，通過Internet發布到網頁上；監控人員使用Web瀏覽器通過Internet訪問監控頁面進行監控，查看報警信息［3］。
2火災煙霧探測模塊設計
火災煙霧探測模塊框圖如圖2所示。該模塊放置于寢室內，包括煙霧傳感器、MCU、GSM模塊。
本模塊的煙霧傳感器采用能美西科姆公司的獨立式光電感煙火災探測報警器FSK01ZZS，使用煙散射光法，無煙火災環境下，光敏元件和紅外發光元件為偏置設計，兩者相距20~30 mm；當發生火災時，煙霧進入探測環境，紅外發光元件發出的激光通過煙霧粒子反射或散射到光敏元件上，光敏元件接收到足夠的光信號時，產生電極失真現象以觸發警報信號［4］。除此之外，該煙霧傳感器具有圖1火災監控報警系統框圖可移報功能，即可以將報警信號導出為電信號傳輸至MCU。
MCU采用1塊單片機，由于MCU主要負責采集由煙霧傳感器采集的報警電信號，以及控制GSM模塊將報警電信號以SMS（短消息）形式發送至遠程服務器模塊，MCU所需要承擔的工作量較小，因此，MCU采用1塊STM32的單片機。
GSM模塊采用AT指令將MCU編寫的短信內容發送至遠程服務器模塊。具體AT指令如下：
（1）AT+CSGF=1//設置SMS（短信息）編碼方式為文本格式；
（2）AT+CSGS=“號碼” “內容” //先輸入發送的號碼，再輸入SMS（短信息）內容［5］。
近年來隨著移動通信業務的發展，垃圾短信驟然增多，由于該系統采用SMS（短信息）進行通信，為了避免垃圾短信對系統造成干擾而導致誤報、錯報火災，需要對SMS（短信息）內容格式進行一定的處理。本系統采用的報警信號格式為：“firealarm+房間號+*”，從而避免誤報和錯報。該系統采用無線通信方式，為了保證及時準確地發現火災，需要對火災探測模塊是否正常運行進行監測，例如煙霧傳感器是否遺失等，通過定時向遠程服務器發送存在信號來保證系統的可靠性。采用的存在信號格式為：“firealarm+房間號+#”。
火災煙霧探測模塊工作流程如圖3所示。MCU監測傳感器是否有火災發生，當火災發生時，產生的煙霧進入傳感器探測環境，觸發傳感器產生電信號，MCU監測到電信號，控制GSM模塊發送報警信號短信息至遠程服務器模塊；另一方面，通過MCU設置定時器，定時向遠程服務器模塊發送存在信號短信。
3遠程服務器模塊設計
遠程服務器模塊由服務器和GSM模塊組成，GSM模塊通過串口與服務器相連接，負責接收從火災煙霧探測模塊發送來的短信，并且通過串口傳輸到服務器。串口參數：波特率為9 600 b/s，數據位為8，停止位為1，校驗位為None，流控制為None。由于該系統采用B/S架構，將數據的收集、存儲和分析等主要功能集成到服務器上，使系統的開發、維護得到極大的簡化，并且無需購買安裝專用軟件，監控人員僅僅需要通過Internet訪問服務器的Web頁面即可對火災情況進行監控，不受地點的限制，簡單、方便、快捷［6］。
服務器的設計采用MVC（Model View Controller）的設計模式，對應于Web應用采用Servlet+JSP（Java Server Pages）+JavaBean模式進行開發，其中JavaBean對應于模型（Model），用于數據的封裝；JSP對應于視圖（View）,負責數據的實現；Servlet對應于控制器（Controller），用于實現用戶的請求［7］。將Web服務器分為客戶端（Web層）、Servlet（Service接口）、業務層（Service層）、DAO層（Data Access Object）、數據庫層。依據MVC三層架構原理進行如下構建方式步驟［8］：
（1）客戶端向Servlet發送請求，調用Service組件處理事件請求；
（2）Service組件調用DAO層通過JDBC（Java數據庫連接）獲取數據；
（3）數據經由DAO層通過JavaBean封裝完成，再經由DAO層傳遞至Service層；
（4）數據在Service層進行數據處理后重新封裝進JavaBean；
（5）將封裝好的JavaBean傳遞到Servlet，由Servlet返回給JSP做頁面填充；
（6）頁面發送給客戶端。
服務器所實現的功能如下：
（1）用戶登錄注冊：用戶可以在系統的首頁中完成登錄以及快速注冊功能。登錄時，將輸入的用戶名和密碼與數據中用戶表的記錄進行對比，輸入正確則進入火災監控頁面，否則出現提示重新輸入；快速注冊時，先查詢數據庫中是否存在該用戶，若不存在，則直接將用戶信息保存至數據庫的用戶表中；否則出現提示重新輸入。
（2）火災監控：服務器收集通過串口從GSM模塊傳來的短信，解析短信內容，并且將解析后的內容存儲在數據庫信息表中，Web頁面通過請求訪問數據庫，查看宿舍內火災情況。當接收到報警信息短信后，通過Web頁面中報警信息表查看到出現火災的樓層、房間號、時間，點擊樓層平面圖后，在頁面中顯示該樓層的平面圖，并且頁面播放報警聲音提示監控人員有火災發生。
（3）報警器管理：可以添加、刪除報警器。輸入房間號，添加報警器，也可以從查詢結果表中，點擊“添加報警器”或者“拆除報警器”對房間進行添加和刪除報警器。添加報警器后將數據寫入數據庫的房間表，刪除報警器后則將數據庫房間表中state字段（房間是否有報警器，1表示有，0表示沒有）置0。
（4）處理報警信息：當監控人員在火災監控頁面發現火災信息后，點擊“進入火災報警信息處理”頁面，點擊“處理”后，火災監控頁面中報警信息消除，不再播放報警聲音，并且將數據庫中信息表中condition字段（報警信息是否處理，0表示未處理，1表示已處理）置1。
（5）查詢歷史記錄：可以根據月份查詢該宿舍樓各層火災發生情況，將符合查詢條件的信息顯示在查詢結果中，與此同時，根據查詢結果繪制一張2D柱狀圖，直觀表示各樓層火災發生情況。
4系統的調試與結果
該系統分為2個模塊，火災煙霧探測模塊和遠程服務器模塊。系統開啟并且運行穩定后，將火災煙霧探測模塊放置于兩種簡單環境下進行測試，即正常環境和火災環境。
在正常環境下，報警器不報警，沒有出現錯報或者誤報情況；在火災環境，模擬火災發生，煙霧傳感器發出“嘀嘀嘀”警報聲，并且火災煙霧探測模塊發出報警信號，遠程服務器模塊接收到信息，并且發布到頁面上，如圖4所示。進入處理報警信息頁面點擊“處理”將該信息處理掉，如圖5所示。進入查詢歷史信息頁面，選擇需要查詢年月，輸出查詢結果，并且生成2D柱狀圖，如圖6所示。
調試結果表明，本文設計系統可實現上述功能，當火災發生時系統及時報警，監控工作人員可以對報警信息進行實時查看，并且可以根據樓層平面圖找到具體位置，及時進行滅火工作，控制火勢蔓延，保證人身和財產的安全；同時，系統可以查詢歷史信息，并進行一定的處理，對預防火災發生具有一定意義。
5結束語
本文研究了一種基于B/S架構的宿舍無線獨立式火災報警系統。市場上傳統的火災報警系統多采用C/S架構和CAN總線方式進行通信，綜合布線成本高，且靈活性較差，監控人員需要購買專用設備、安裝專用軟件。與之相比，本系統采用GSM網絡使用無線通信，無需綜合布線，降低了成本，并且靈活性較高；另外，采用B/S架構，通過Internet訪問Web服務器即可進行監控，不受空間限制。系統采用無線通信方式，如何提高系統的可靠性是下一步的研究方向。
參考文獻
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