摘 要：常規(guī)系統(tǒng)主要使用環(huán)形二總線接線法傳輸消防報警指令，但該方法易受聯(lián)動控制作用影響，導致部分節(jié)點報警異常，為解決這一問題，基于物聯(lián)網設計了一種全新的大型公共建筑消防火災自動報警系統(tǒng)。硬件部分設計了二總線煙溫復合火災探測器和SCU火災報警控制器，軟件部分首先生成了消防火災自動報警通信協(xié)議，再利用物聯(lián)網設計了建筑消防火災自動報警功能模塊，從而實現(xiàn)了大型公共建筑消防火災自動報警。系統(tǒng)測試結果表明，設計的系統(tǒng)在不同節(jié)點ID下均能正確進行報警，證明了設計的系統(tǒng)應用效果較好。

關鍵詞：物聯(lián)網；大型公共建筑；消防火災自動報警系統(tǒng)；二總線煙溫復合火災探測器；SCU火災報警控制器；消防火災自動報警通信協(xié)議

中圖分類號：TP311；TU892 文獻標識碼：A 文章編號：2095-1302（2025）02-00-03

0 引 言

在建筑技術不斷發(fā)展的背景下，我國的大型公共建筑越來越多，功能越來越復雜[1]。與其他類型建筑相比，大型公共建筑對結構設計的要求較高，需要節(jié)約資源，兼顧質量，不能對環(huán)境造成嚴重的負面影響。同時，要根據具體的建筑目的來設計建筑結構[2]，以滿足人們的需要。大型公共建筑內部的人員較多，分布較密集，且樓層較高，一旦發(fā)生火災，無法短時間內完成人員撤離，會造成嚴重的人員傷亡事故，因此需要預先進行火災報警，提前采取撤離行動[3]。研究表明，大型公共建筑產生火災的原因較多，包括電器設備火災、燃氣火災、吸煙引發(fā)的火災、施工不規(guī)范引發(fā)的火災等，因此，為了降低大型建筑的火災風險，最大程度上減少火災造成的損傷，需要設計一種有效的消防火災自動報警系統(tǒng)[4-5]。大多數火災自動報警系統(tǒng)配備有監(jiān)測和記錄功能，能夠記錄火災發(fā)生時的各種參數，如煙霧體積分數、溫度變化等[6-7]。這些數據對于事后的火災調查和分析非常重要，有助于了解火災發(fā)展過程，改進針對大型公共建筑的防火措施。相關研究人員也針對自動報警要點設計了幾種常規(guī)的公共建筑消防火災自動報警系統(tǒng)，但大多數系統(tǒng)易受聯(lián)動控制作用的影響，導致部分節(jié)點報警異常。為了解決該問題，本文基于物聯(lián)網設計了一種全新的大型公共建筑消防火災自動報警系統(tǒng)。

1 硬件設計

1.1 二總線煙溫復合火災探測器

本文設計的系統(tǒng)選取二總線煙溫復合火災探測器作為重要的探測硬件。該探測器具有多樣化探測周期，可以形成規(guī)律的方波脈沖，用于獲取探測結果。當進入自動報警周期后，該探測器可以立即控制內部通信狀態(tài)，形成有效的探測規(guī)律。二總線煙溫復合火災探測器見表1。

由表1可知，該探測器可以形成穩(wěn)定的數字脈沖信號，最大程度降低外界干擾對自動報警造成的影響，以提高自動報警系統(tǒng)的綜合性能。

1.2 SCU火災報警控制器

報警控制器可以根據反饋信號進行聲光報警，有效進行信號傳遞，因此，本文選取SCU火災報警控制器作為核心控制器。SCU火災報警控制器組成結構如圖1所示。

由圖1可知，該報警控制器可以有效連接電氣接口，防止電源反接，提高了火災自動報警系統(tǒng)的報警靈敏性，符合設計系統(tǒng)的報警控制要求。

2 軟件設計

2.1 消防火災自動報警通信協(xié)議

本文設計的大型公共建筑消防火災自動報警系統(tǒng)使用一對多模式進行通信傳輸。消防火災自動報警通信協(xié)議如圖2所示。

由圖2可知，該通信協(xié)議主要支持3種不同的身份，即指令的發(fā)布者、報警的代理者、處理訂閱者。在通信過程中，需要利用MQTT進行推動處理，調整數據包的格式，控制自動報警報文的結構，使其滿足有效載荷要求。除此之外，該通信協(xié)議主要利用Socket方式入網，與客戶端和服務器完成連接，生成雙向傳輸通道，從而快速發(fā)布Keep Ping報警命令，提高報警一致性[8-9]。

2.2 建筑消防火災自動報警設計

本文基于物聯(lián)網設計了建筑消防火災自動報警功能模塊。首先需要對自動報警原始數據進行整合，如式（1）所示：

（1）

式中：wi代表卷積層計算權值；Bi代表整合偏置值。整合完畢后，可以通過特征值進行計算歸納，此時計算的自動報警權值ΔW如式（2）所示：

（2）

式中：λ代表預設報警值；α代表動量因子；ζ代表相對誤差。通過獲取的自動報警參數進行自動報警設計。當火災發(fā)生時，通過體積分數檢測程序、溫度檢測程序等進行數據融合計算，將最終的環(huán)境參數輸入至報警中心。若判斷有火災發(fā)生，立即進行聲光報警；反之，則需要持續(xù)觀察。

3 系統(tǒng)測試

為驗證設計的基于物聯(lián)網的大型公共建筑消防火災自動報警系統(tǒng)的綜合性能，本文選取了符合測試需求的測試平臺，將其與文獻[6]、文獻[7]中常規(guī)的消防火災自動報警系統(tǒng)進行了對比實驗。

3.1 測試準備

根據消防火災自動報警系統(tǒng)測試要求，本文選取PAN ID進行組網，構建了符合測試要求的系統(tǒng)測試平臺。在測試開始前，需要檢查系統(tǒng)的連接狀況，避免出現(xiàn)短路與斷路問題，再將設計的系統(tǒng)與仿真實驗平臺有效連接，調整傳感節(jié)點、周期、閾值等參數，生成系統(tǒng)測試數據處理流程。系統(tǒng)測試數據處理流程如圖3所示。

由圖3可知，在正式啟動測試模式前，需要選擇有效的測試信道。若此時相應設備能有效收到測試信息，證明測試網絡建設成功；若無法收到測試信息，證明測試網絡響應失敗，需要重新申請權限，進行二次處理[10]。本文使用Packet Sniffer軟件進行信標幀處理，調整協(xié)調器接收節(jié)點，重新完成測試入網關聯(lián)，測試上位模塊采用SQL Sever 2000數據庫。測試操作關系如圖4所示。

由圖4可知，根據上述的測試操作關系可以快速編寫MFC/Qt界面，打開SmartRF Flash Programmer測試軟件，上傳測試命令，從而得到可靠的系統(tǒng)測試結果。

3.2 測試結果與討論

根據上述測試準備，可以進行消防火災自動報警系統(tǒng)測試，即在設置的測試平臺中生成不同的報警測試節(jié)點，記錄各個節(jié)點的擴展信息。此時，分別運行本文設計的基于物聯(lián)網的大型公共建筑消防火災自動報警系統(tǒng)、文獻[6]中考慮無線傳感的消防火災自動報警系統(tǒng)，以及文獻[7]中基于LoRa和GPRS的消防火災自動報警系統(tǒng)，記錄3種系統(tǒng)在不同節(jié)點ID下的報警狀態(tài)。消防火災自動報警系統(tǒng)測試結果見表2。

由表2可知，在不同節(jié)點ID下，本文設計的基于物聯(lián)網的大型公共建筑消防火災自動報警系統(tǒng)均能正確完成報警，且報警時延偏低；文獻[6]中考慮無線傳感的消防火災自動報警系統(tǒng)，以及文獻[7]中基于LoRa和GPRS的消防火災自動報警系統(tǒng)在部分節(jié)點ID下無法正常報警，或報警時延較高。上述結果證明，本文設計的大型公共建筑消防火災自動報警系統(tǒng)的性能良好，具有較高的可靠性與較廣闊的應用前景。

4 結 語

隨著城市化進程的加速和公共設施的日益完善，我國的大型公共建筑越來越多。然而，這些建筑由于規(guī)模大、人流密集、設備眾多等特點，一旦發(fā)生火災，后果不堪設想。因此，如何有效地預防和應對火災成為了一個亟待解決的問題。大型公共建筑消防火災自動報警系統(tǒng)作為一種重要的火災防控手段，逐漸引起了人們的關注。因此，本文根據大型公共建筑的火災報警特點，基于物聯(lián)網設計了一種全新的大型公共建筑消防火災自動報警系統(tǒng)，并進行了系統(tǒng)測試。結果表明，設計的大型公共建筑消防火災自動報警系統(tǒng)性能良好，具有較大的應用價值，為降低事故風險、保障人民生命財產安全、更好地應對城市化進程中面臨的消防安全挑戰(zhàn)做出了一定貢獻。

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作者簡介：傅 玉（1989—），女，江蘇鹽城人，工程師，研究方向為醫(yī)院安全生產及消防安全管理。

收稿日期：2024-01-17 修回日期：2024-02-29