盧博欣，葛華勇，官洪運(yùn)

(東華大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，上海 201620)

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基于B/S架構(gòu)的宿舍火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

盧博欣，葛華勇，官洪運(yùn)

(東華大學(xué) 信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，上海 201620)

為實(shí)時(shí)監(jiān)控學(xué)生宿舍內(nèi)是否發(fā)生火災(zāi)，并在火災(zāi)發(fā)生時(shí)進(jìn)行報(bào)警，結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+”的概念，設(shè)計(jì)了一種無線獨(dú)立式宿舍火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用煙霧傳感器監(jiān)測(cè)火災(zāi)信號(hào)，采用GSM網(wǎng)絡(luò)的SMS(短消息服務(wù))實(shí)現(xiàn)無線通信，并且采用B/S架構(gòu)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問。該系統(tǒng)具有安裝維護(hù)方便、實(shí)用性強(qiáng)、成本低等特點(diǎn)，可實(shí)時(shí)監(jiān)控火災(zāi)情況，實(shí)現(xiàn)火災(zāi)發(fā)生及時(shí)報(bào)警，從而確保人身和財(cái)產(chǎn)安全。

火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)；煙霧傳感器；SMS(短消息服務(wù))；B/S架構(gòu)

0　引言

目前，我國(guó)部分學(xué)生宿舍房屋結(jié)構(gòu)采用單一的磚木結(jié)構(gòu)，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件的耐火極限較低；與此同時(shí)，由于設(shè)計(jì)原因，并未著重考慮消防問題，配有的消防設(shè)備不足；加之學(xué)生的消防意識(shí)淡薄，生活中用火用電不規(guī)范，造成宿舍內(nèi)火災(zāi)頻發(fā)，不僅僅對(duì)財(cái)務(wù)造成損失，更嚴(yán)重的可能危害到生命[1]。而傳統(tǒng)的火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)都是通過有線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)傳輸，往往需要進(jìn)行綜合布線，并且需要購(gòu)買專用安裝軟件。安裝、維護(hù)成本高，靈活性差，具有一定的區(qū)域限制[2]。因此，設(shè)計(jì)一套宿舍火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)具有實(shí)際意義。無線獨(dú)立式火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)較為靈活，安裝方便，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)系統(tǒng)需要綜合布線且成本較高的弊端。與此同時(shí)，該系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，通過Internet即可進(jìn)行訪問，無需通過專用設(shè)備，不受空間的限制。該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)對(duì)宿舍內(nèi)是否發(fā)生火災(zāi)進(jìn)行檢測(cè)，一旦發(fā)生火災(zāi)立刻報(bào)警，使得消防人員迅速趕往現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行滅火，確保宿舍內(nèi)人員和財(cái)產(chǎn)的安全。

1　系統(tǒng)架構(gòu)分析與設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)了一種無線獨(dú)立式宿舍火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用GSM模塊的SMS功能進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，并且采用B/S架構(gòu)，通過Internet即可對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行訪問監(jiān)控。系統(tǒng)框圖如圖1所示，分為火災(zāi)煙霧探測(cè)模塊和遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊，煙霧探測(cè)模塊通過GSM網(wǎng)絡(luò)與遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊進(jìn)行通信，監(jiān)控人員通過Internet訪問服務(wù)器。其具體工作原理為：火災(zāi)煙霧探測(cè)模塊通過煙霧傳感器以煙霧濃度作為火災(zāi)報(bào)警信號(hào)進(jìn)行監(jiān)控，當(dāng)檢測(cè)到火災(zāi)發(fā)生時(shí)，觸發(fā)煙霧報(bào)警器報(bào)警，并且通過GSM網(wǎng)絡(luò)將信息發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊；遠(yuǎn)程服務(wù)器接收?qǐng)?bào)警信息，并且處理、存儲(chǔ)該信息，通過Internet發(fā)布到網(wǎng)頁上；監(jiān)控人員使用Web瀏覽器通過Internet訪問監(jiān)控頁面進(jìn)行監(jiān)控，查看報(bào)警信息[3]。

2　火災(zāi)煙霧探測(cè)模塊設(shè)計(jì)

火災(zāi)煙霧探測(cè)模塊框圖如圖2所示。該模塊放置于寢室內(nèi)，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(dú)立式光電感煙火災(zāi)探測(cè)報(bào)警器FSK01ZZ-S，使用煙散射光法，無煙火災(zāi)環(huán)境下，光敏元件和紅外發(fā)光元件為偏置設(shè)計(jì)，兩者相距20～30 mm；當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，煙霧進(jìn)入探測(cè)環(huán)境，紅外發(fā)光元件發(fā)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(hào)時(shí)，產(chǎn)生電極失真現(xiàn)象以觸發(fā)警報(bào)信號(hào)[4]。除此之外，該煙霧傳感器具有可移報(bào)功能，即可以將報(bào)警信號(hào)導(dǎo)出為電信號(hào)傳輸至MCU。

圖1　火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)框圖

圖2　火災(zāi)煙霧探測(cè)模塊框圖

MCU采用1塊單片機(jī)，由于MCU主要負(fù)責(zé)采集由煙霧傳感器采集的報(bào)警電信號(hào)，以及控制GSM模塊將報(bào)警電信號(hào)以SMS(短消息)形式發(fā)送至遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊，MCU所需要承擔(dān)的工作量較小，因此，MCU采用1塊STM32的單片機(jī)。

GSM模塊采用AT指令將MCU編寫的短信內(nèi)容發(fā)送至遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊。具體AT指令如下：

(1)AT+CSGF=1//設(shè)置SMS(短信息)編碼方式為文本格式；

(2)AT+CSGS=“號(hào)碼” “內(nèi)容” //先輸入發(fā)送的號(hào)碼，再輸入SMS(短信息)內(nèi)容[5]。

近年來隨著移動(dòng)通信業(yè)務(wù)的發(fā)展，垃圾短信驟然增多，由于該系統(tǒng)采用SMS(短信息)進(jìn)行通信，為了避免垃圾短信對(duì)系統(tǒng)造成干擾而導(dǎo)致誤報(bào)、錯(cuò)報(bào)火災(zāi)，需要對(duì)SMS(短信息)內(nèi)容格式進(jìn)行一定的處理。本系統(tǒng)采用的報(bào)警信號(hào)格式為：“firealarm+房間號(hào)+*”，從而避免誤報(bào)和錯(cuò)報(bào)。該系統(tǒng)采用無線通信方式，為了保證及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)火災(zāi)，需要對(duì)火災(zāi)探測(cè)模塊是否正常運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)測(cè)，例如煙霧傳感器是否遺失等，通過定時(shí)向遠(yuǎn)程服務(wù)器發(fā)送存在信號(hào)來保證系統(tǒng)的可靠性。采用的存在信號(hào)格式為：“firealarm+房間號(hào)+#”。

火災(zāi)煙霧探測(cè)模塊工作流程如圖3所示。MCU監(jiān)測(cè)傳感器是否有火災(zāi)發(fā)生，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)，產(chǎn)生的煙霧進(jìn)入傳感器探測(cè)環(huán)境，觸發(fā)傳感器產(chǎn)生電信號(hào)，MCU監(jiān)測(cè)到電信號(hào)，控制GSM模塊發(fā)送報(bào)警信號(hào)短信息至遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊；另一方面，通過MCU設(shè)置定時(shí)器，定時(shí)向遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊發(fā)送存在信號(hào)短信。

圖3　火災(zāi)煙霧探測(cè)模塊工作流程圖

3　遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊由服務(wù)器和GSM模塊組成，GSM模塊通過串口與服務(wù)器相連接，負(fù)責(zé)接收從火災(zāi)煙霧探測(cè)模塊發(fā)送來的短信，并且通過串口傳輸?shù)椒?wù)器。串口參數(shù)：波特率為9 600 b/s，數(shù)據(jù)位為8，停止位為1，校驗(yàn)位為None，流控制為None。由于該系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)，將數(shù)據(jù)的收集、存儲(chǔ)和分析等主要功能集成到服務(wù)器上，使系統(tǒng)的開發(fā)、維護(hù)得到極大的簡(jiǎn)化，并且無需購(gòu)買安裝專用軟件，監(jiān)控人員僅僅需要通過Internet訪問服務(wù)器的Web頁面即可對(duì)火災(zāi)情況進(jìn)行監(jiān)控，不受地點(diǎn)的限制，簡(jiǎn)單、方便、快捷[6]。

服務(wù)器的設(shè)計(jì)采用MVC(Model View Controller)的設(shè)計(jì)模式，對(duì)應(yīng)于Web應(yīng)用采用Servlet+JSP(Java Server Pages)+JavaBean模式進(jìn)行開發(fā)，其中JavaBean對(duì)應(yīng)于模型(Model)，用于數(shù)據(jù)的封裝；JSP對(duì)應(yīng)于視圖(View),負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)；Servlet對(duì)應(yīng)于控制器(Controller)，用于實(shí)現(xiàn)用戶的請(qǐng)求[7]。將Web服務(wù)器分為客戶端(Web層)、Servlet(Service接口)、業(yè)務(wù)層(Service層)、DAO層(Data Access Object)、數(shù)據(jù)庫(kù)層。依據(jù)MVC三層架構(gòu)原理進(jìn)行如下構(gòu)建方式步驟[8]：

(1)客戶端向Servlet發(fā)送請(qǐng)求，調(diào)用Service組件處理事件請(qǐng)求；

(2)Service組件調(diào)用DAO層通過JDBC(Java數(shù)據(jù)庫(kù)連接)獲取數(shù)據(jù)；

(3)數(shù)據(jù)經(jīng)由DAO層通過JavaBean封裝完成，再經(jīng)由DAO層傳遞至Service層；

(4)數(shù)據(jù)在Service層進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后重新封裝進(jìn)JavaBean；

(5)將封裝好的JavaBean傳遞到Servlet，由Servlet返回給JSP做頁面填充；

圖4　火災(zāi)監(jiān)控頁面

圖5　處理報(bào)警信息

圖6　查詢歷史信息

(6)頁面發(fā)送給客戶端。

服務(wù)器所實(shí)現(xiàn)的功能如下：

(1)用戶登錄注冊(cè)：用戶可以在系統(tǒng)的首頁中完成登錄以及快速注冊(cè)功能。登錄時(shí)，將輸入的用戶名和密碼與數(shù)據(jù)中用戶表的記錄進(jìn)行對(duì)比，輸入正確則進(jìn)入火災(zāi)監(jiān)控頁面，否則出現(xiàn)提示重新輸入；快速注冊(cè)時(shí)，先查詢數(shù)據(jù)庫(kù)中是否存在該用戶，若不存在，則直接將用戶信息保存至數(shù)據(jù)庫(kù)的用戶表中；否則出現(xiàn)提示重新輸入。

(2)火災(zāi)監(jiān)控：服務(wù)器收集通過串口從GSM模塊傳來的短信，解析短信內(nèi)容，并且將解析后的內(nèi)容存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)信息表中，Web頁面通過請(qǐng)求訪問數(shù)據(jù)庫(kù)，查看宿舍內(nèi)火災(zāi)情況。當(dāng)接收到報(bào)警信息短信后，通過Web頁面中報(bào)警信息表查看到出現(xiàn)火災(zāi)的樓層、房間號(hào)、時(shí)間，點(diǎn)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(bào)警聲音提示監(jiān)控人員有火災(zāi)發(fā)生。

(3)報(bào)警器管理：可以添加、刪除報(bào)警器。輸入房間號(hào)，添加報(bào)警器，也可以從查詢結(jié)果表中，點(diǎn)擊“添加報(bào)警器”或者“拆除報(bào)警器”對(duì)房間進(jìn)行添加和刪除報(bào)警器。添加報(bào)警器后將數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫(kù)的房間表，刪除報(bào)警器后則將數(shù)據(jù)庫(kù)房間表中state字段(房間是否有報(bào)警器，1表示有，0表示沒有)置0。

(4)處理報(bào)警信息：當(dāng)監(jiān)控人員在火災(zāi)監(jiān)控頁面發(fā)現(xiàn)火災(zāi)信息后，點(diǎn)擊“進(jìn)入火災(zāi)報(bào)警信息處理”頁面，點(diǎn)擊“處理”后，火災(zāi)監(jiān)控頁面中報(bào)警信息消除，不再播放報(bào)警聲音，并且將數(shù)據(jù)庫(kù)中信息表中condition字段(報(bào)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(jù)月份查詢?cè)撍奚針歉鲗踊馂?zāi)發(fā)生情況，將符合查詢條件的信息顯示在查詢結(jié)果中，與此同時(shí)，根據(jù)查詢結(jié)果繪制一張2D柱狀圖，直觀表示各樓層火災(zāi)發(fā)生情況。

4　系統(tǒng)的調(diào)試與結(jié)果

該系統(tǒng)分為2個(gè)模塊，火災(zāi)煙霧探測(cè)模塊和遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊。系統(tǒng)開啟并且運(yùn)行穩(wěn)定后，將火災(zāi)煙霧探測(cè)模塊放置于兩種簡(jiǎn)單環(huán)境下進(jìn)行測(cè)試，即正常環(huán)境和火災(zāi)環(huán)境。

在正常環(huán)境下，報(bào)警器不報(bào)警，沒有出現(xiàn)錯(cuò)報(bào)或者誤報(bào)情況；在火災(zāi)環(huán)境，模擬火災(zāi)發(fā)生，煙霧傳感器發(fā)出“嘀嘀嘀”警報(bào)聲，并且火災(zāi)煙霧探測(cè)模塊發(fā)出報(bào)警信號(hào)，遠(yuǎn)程服務(wù)器模塊接收到信息，并且發(fā)布到頁面上，如圖4所示。進(jìn)入處理報(bào)警信息頁面點(diǎn)擊“處理”將該信息處理掉，如圖5所示。進(jìn)入查詢歷史信息頁面，選擇需要查詢年月，輸出查詢結(jié)果，并且生成2D柱狀圖，如圖6所示。

調(diào)試結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)上述功能，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生時(shí)系統(tǒng)及時(shí)報(bào)警，監(jiān)控工作人員可以對(duì)報(bào)警信息進(jìn)行實(shí)時(shí)查看，并且可以根據(jù)樓層平面圖找到具體位置，及時(shí)進(jìn)行滅火工作，控制火勢(shì)蔓延，保證人身和財(cái)產(chǎn)的安全；同時(shí)，系統(tǒng)可以查詢歷史信息，并進(jìn)行一定的處理，對(duì)預(yù)防火災(zāi)發(fā)生具有一定意義。

5　結(jié)束語

本文研究了一種基于B/S架構(gòu)的宿舍無線獨(dú)立式火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。市場(chǎng)上傳統(tǒng)的火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)多采用C/S架構(gòu)和CAN總線方式進(jìn)行通信，綜合布線成本高，且靈活性較差，監(jiān)控人員需要購(gòu)買專用設(shè)備、安裝專用軟件。與之相比，本系統(tǒng)采用GSM網(wǎng)絡(luò)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(gòu)，通過Internet訪問Web服務(wù)器即可進(jìn)行監(jiān)控，不受空間限制。系統(tǒng)采用無線通信方式，如何提高系統(tǒng)的可靠性是下一步的研究方向。

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Design of fire monitoring and alarm system for dormitory based on B/S architecture

Lu Boxin，Ge Huayong，Guan Hongyun

(College of Information Science & Technology, Donghua University, Shanghai 201620, China)

In order to monitor the dormitory fire, and alarm when the fire happens, this paper designed a wireless independent fire monitoring and alarm system, which combined concept of “Internet plus”. This system uses smoke sensor to monitor fire signal, uses SMS of GSM network to realize wireless communication, and uses B/S architecture to realize remote access. There are many features in this system, such as easy installation and maintenance, practicality, and low cost etc. This system can monitor a fire in real-time and alarm at once, so as to ensure personal and property safety.

fire monitoring and alarm system; smoke sensor; SMS (short message service); B/S architecture

TP277

A

10.19358/j.issn.1674- 7720.2016.15.027

2016-04-12)

盧博欣(1991-)，男，碩士研究生，主要研究方向：物聯(lián)網(wǎng)。

葛華勇(1976-)，通信作者，女，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向：信號(hào)與圖像處理。E-mail: gehuayong@dhu.edu.cn。

官洪運(yùn)(1960-)，男，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要研究方向：物聯(lián)網(wǎng)、火災(zāi)監(jiān)控。

引用格式：盧博欣，葛華勇，官洪運(yùn). 基于B/S架構(gòu)的宿舍火災(zāi)監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].微型機(jī)與應(yīng)用，2016,35(15)：92-95.