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淺析基于阿里云技術(shù)的智慧消防系統(tǒng)的設(shè)計

更新時間：2021-04-07　點擊次數(shù)： 1278次

劉細鳳

安科瑞電氣股份有限公司上海嘉定 201801

【摘要】該文提出種基于阿里云的智能消防系統(tǒng)。利用NB-IOT技術(shù)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，用戶可以通過手機App隨時隨地監(jiān)控智能終端設(shè)備的實時運行狀態(tài)和所處環(huán)境的實時數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)由煙霧報警系統(tǒng)、云平臺測控系統(tǒng)和移動終端系統(tǒng)構(gòu)成，用戶可以對遠端的智能消防設(shè)備進行實時的監(jiān)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(zāi)害所帶來的損失。

【關(guān)鍵詞】智能消防；阿里云；智能終端；物聯(lián)網(wǎng)

0引言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things，IoT）技術(shù)的高速發(fā)展，特別是近幾年來人工智能、大數(shù)據(jù)及云計算等新技術(shù)的飛速發(fā)展，生活中的各個領(lǐng)域都進入了智慧建設(shè)階段，其中智慧城市就是其中的個重要的建設(shè)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(shè)范疇。作為保障人民生命財產(chǎn)中的重要環(huán)，智慧消防建設(shè)是智慧城市建設(shè)的重要的部分。智慧消防有兩個重要的組成部分，分別是智能化的終端設(shè)備和云端的物聯(lián)網(wǎng)平臺[1]，基于阿里云的智慧消防系統(tǒng)綜合了物聯(lián)網(wǎng)云平臺和智能終端的各自的點，加上了低功耗的廣域網(wǎng)技術(shù)，充分利用智能技術(shù)、遠程無線通信技術(shù)和云計算技術(shù)，擴大了消防管理的廣度與深度，形成了個新型的智慧安防系統(tǒng)，可以在火災(zāi)監(jiān)測、預(yù)警、滅火救援、消防設(shè)施的維護保養(yǎng)等方面發(fā)揮重要作用。

1系統(tǒng)總體架構(gòu)

該系統(tǒng)主要是依托阿里云搭建的套物聯(lián)網(wǎng)云平臺系統(tǒng),由應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、設(shè)備層三層架構(gòu)組成，應(yīng)用層由兩部分構(gòu)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(yīng)用服務(wù)器等各種服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)層由NB-IOT或4G/5G或WIFI等通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成、感知層由智能消防設(shè)備組成，包含有煙霧傳感器和控制系統(tǒng)STM32等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 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(wǎng)絡(luò)組成，本系統(tǒng)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(huán)境中的溫度和濕度以及煙霧等信息，并通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆破脚_端。

1.2 網(wǎng)絡(luò)層

感知層采集到的數(shù)據(jù)要傳輸?shù)皆破脚_端需要通信技術(shù)的支持。通信技術(shù)可以通過現(xiàn)有的局域網(wǎng)技術(shù)（如WIFI或有線網(wǎng)線）連接Internet到云平臺端，也可以通過移動通信技術(shù)（如：

3G、4G）遠程連接到云平臺端。目前物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)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(wǎng)技術(shù)中，目前比較熱門的通信技術(shù)NB-

IOT和LoRa兩種技術(shù)。具體使用哪種技術(shù)根據(jù)實際情況選擇以滿足應(yīng)用的需要。

1.3 應(yīng)用層

應(yīng)用層由兩部分構(gòu)成，客戶端和云平臺端，其中云平臺端包含應(yīng)用服務(wù)器等各種服務(wù)器，其中Web應(yīng)用也可以直接創(chuàng)建在云平臺端?？蛻舳朔譃?PC 端的 Web和移動端App，移動終

端應(yīng)支持各種不同操作系統(tǒng)的手機及平板等各種移動設(shè)備，通過這些移動設(shè)備可以直接隨時查看云平臺端的監(jiān)測數(shù)據(jù)，并實時接收些云平臺端推送過來的數(shù)據(jù),實現(xiàn)消防設(shè)備運行狀態(tài)的實時監(jiān)控,云平臺推送的報警信息、設(shè)備電量信息等信息及時地被移動端接收到，以實現(xiàn)各種異常情況的報警。同時移動設(shè)備可以查詢歷史數(shù)據(jù)、各種狀態(tài)數(shù)據(jù)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(xiàn)移動端App全部功能外,還具備系統(tǒng)管理和維護的功能。

2 阿里云物聯(lián)網(wǎng)平臺介紹

阿里云是阿里巴巴旗下的款互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，主要為用戶提供云服務(wù)器、彈性計算、云存儲、RDS等服務(wù)，為200多個家和地區(qū)的企業(yè)、開發(fā)者和政fu機構(gòu)提供云計算基礎(chǔ)服務(wù)及解決方案。其中的物聯(lián)網(wǎng)云平臺為設(shè)備提供可靠的連接通信能力，向下連接海量設(shè)備，支撐設(shè)備數(shù)據(jù)采集上云；向上提供云端API，服務(wù)端通過調(diào)用云端API將指令下發(fā)至設(shè)備端，實現(xiàn)遠程控制。該平臺為各類IoT場景和行業(yè)開發(fā)者賦能，使開發(fā)者能夠?qū)崿F(xiàn)全qiu快速接入、跨廠商設(shè)備互聯(lián)互通、調(diào)用第三方智能服務(wù)等，快速搭建穩(wěn)定可靠的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

3 系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

3.1 硬件設(shè)計與實現(xiàn)

智能消防智能終端的設(shè)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(tǒng)的核心部分，負責(zé)各模塊之間的數(shù)據(jù)通信，并根據(jù)和各模塊通信情況，并及時做出異常判斷和處理。

圖2 智能終端結(jié)構(gòu)圖

煙霧傳感器模塊傳感器用于監(jiān)測當(dāng)前環(huán)境中的煙霧濃度，并將監(jiān)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(jiān)測當(dāng)前環(huán)境中的溫度和溫度，也同樣將監(jiān)

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(shè)備采集到的各傳感器的數(shù)據(jù)上傳到云平臺，也將云平臺下發(fā)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(fā)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(xiàn)了異常情況。主控制器是整個系統(tǒng)的核心部分，負責(zé)各模塊之間的數(shù)據(jù)通信，并根據(jù)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(shù)據(jù)上傳到云平臺，管理系統(tǒng)根據(jù)這些數(shù)據(jù)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(fā)報警指令，主控制器啟動報警模塊進行火災(zāi)報警。NB-IOT 通信模塊與阿里云平臺通過 MQTT 協(xié)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。

（1）：阿里云產(chǎn)品三元素的設(shè)置。

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

#define DeviceName "W*****"

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

（2）：通過MQTT協(xié)議以下指令登錄到阿里云服務(wù)器。

lAT+CIMI

lAT+CSQ

lAT+CGATT

lAT+QMTCFG

lAT+QMTOPEN

lAT+QMTCONN

（3）：向阿里云服務(wù)器發(fā)送數(shù)據(jù)

lAT+QSOSEND

3.2 云平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

云平臺端的設(shè)計主要是有設(shè)備模型的設(shè)計，設(shè)備的管理，設(shè)備的監(jiān)控等，包括有Web端和手機移動端。先要創(chuàng)建個消防設(shè)備產(chǎn)品模型。如圖3所示。

圖3 智慧消防產(chǎn)品設(shè)備模型的創(chuàng)建

智慧消防產(chǎn)品創(chuàng)建好之后，這類型的產(chǎn)品下面就可以創(chuàng)具體的設(shè)備，與真實的硬件設(shè)備進行映射。設(shè)備的創(chuàng)建如圖4所示。

圖4 智慧消防設(shè)備的創(chuàng)建

消防設(shè)備創(chuàng)建好之后，啟動智能終端，智能終端會將采集到的數(shù)據(jù)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(shè)備為在線狀態(tài)，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(shè)置報警閾值，旦達到報警的條件，將通過發(fā)送短信或撥da電話的方式通知用戶，同時向智能終端下發(fā)報警指令，智能終端的報警模塊將觸發(fā)聲光報警。

圖5 云平臺數(shù)據(jù)的顯示

3.3 移動端的設(shè)計

移動端設(shè)計為了個手機App軟件，可實現(xiàn)掌上在線數(shù)據(jù)監(jiān)測，歷史數(shù)據(jù)在線查詢，設(shè)備的綁定和基本的設(shè)備管理等功能，以確保設(shè)備始終健康運行，防患于未“燃”。

4安科瑞智慧消防平臺介紹

4.1平臺結(jié)構(gòu)

4.2平臺主要功能介紹

4.2.1頁

用戶登錄成功之后進入頁，如圖所示。主要展示的內(nèi)容有：項目概況、設(shè)備狀態(tài)、設(shè)備分類、設(shè)備報警信息、報警分類、報警統(tǒng)計、設(shè)備臺賬信息等。其中百du地圖可以選配成BIM建筑模型，任何傳感器報警時可以在BIM模型中預(yù)警顯示。

4.2.2消防子系統(tǒng)

智慧消防管理云平臺包含了智慧用電子系統(tǒng)、防排煙子系統(tǒng)、消防水子系統(tǒng)、消防設(shè)備電源子系統(tǒng)、防火門子系統(tǒng)、消防設(shè)備管理子系統(tǒng)和視頻監(jiān)控子系統(tǒng)等。智慧用電子系統(tǒng)可以接入電氣火災(zāi)、孤航電弧、電氣火災(zāi)主機、滅弧式保護器探測器和無線測溫探測器等。點擊智慧用電子系統(tǒng)進入智慧用電監(jiān)控頁面，點擊菜單顯示整個項目的基礎(chǔ)信息和該項目下的所有探測器的信息，點擊末級節(jié)點顯示具體探測器的監(jiān)控頁面。

消防水子系統(tǒng)可以接入消防栓、消防水壓、水位傳感器等，用于實時的監(jiān)控消防水管網(wǎng)的壓力、液位、是否漏水，以及開蓋等事件，當(dāng)消防水壓不夠，管網(wǎng)漏水時，系統(tǒng)也能實時地發(fā)出警報，能讓相關(guān)人員及時維修維護，保障消防。

防排煙子系統(tǒng)通過高靈敏的無線煙感報警裝置，實現(xiàn)對煙霧、有害氣體、及氣體滅火信息等數(shù)據(jù)采集，實時秒級檢測煙霧，且發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)劇超過風(fēng)險閾值，APP、短信報警、電話報警統(tǒng)統(tǒng)上陣，通過設(shè)備的標(biāo)簽、地理位置定位，快速通知業(yè)主、物業(yè)消防單位是哪個位置的火災(zāi)隱情。

消防設(shè)備電源子系統(tǒng)實時監(jiān)控消防系統(tǒng)各個部件（如消防報警主機、樓層顯示器、水泵、噴淋泵、電梯等）的電源工作狀態(tài)，確保消防設(shè)備供電正常，并對各個部件電源產(chǎn)生的過壓、欠壓、過流、短路、斷路等故障報警提示?？砷L期記錄電壓電流運行參數(shù)，自動對消防電源段時間的運行狀態(tài)進行分析，對可能產(chǎn)出問題的隱患進行警shi。

防火門子系統(tǒng)通過與門禁報警、視頻識別的關(guān)聯(lián)，實時監(jiān)控消防通道、出口、生命通道防火門的開閉及消防通道堆放物情況，實現(xiàn)緊急情況下的開閉控制等功能。確保防火門常閉、不上鎖狀態(tài)及保障火警救援是消防生命通道的暢通等，保障的生活、工作環(huán)境。

應(yīng)急照明與疏散指示子系統(tǒng)可實現(xiàn)對各個應(yīng)急燈具的實時監(jiān)控和控制，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，可準(zhǔn)確的給出的疏散路徑指示，智能打開消防應(yīng)急指示燈的指示方向及應(yīng)急照明燈，幫助建筑內(nèi)的人群選擇逃生疏散路線，指引逃生方向。

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)數(shù)據(jù)部門收到感應(yīng)端各子系統(tǒng)報警信息后，可調(diào)出報警位置關(guān)聯(lián)的監(jiān)控攝像頭圖像，查看報警現(xiàn)場視頻輔助進行火情確認(rèn)。實現(xiàn)火災(zāi)報警子系統(tǒng)、消防水子系統(tǒng)、電氣火災(zāi)子系統(tǒng)、防排煙子系統(tǒng)、消防設(shè)備電源子系統(tǒng)、防火門子系統(tǒng)和視頻監(jiān)控子系統(tǒng)的有機結(jié)合，實現(xiàn)了報警點和監(jiān)控點的聯(lián)動。

消防設(shè)備管理子系統(tǒng)能夠?qū)⒚總€建筑、項目節(jié)點的所有消防設(shè)備和資產(chǎn)納入管理，對些消防栓、滅火器、噴淋和消防大隊地址等著重標(biāo)注，日常的巡檢和維護都需要納入計劃，在緊急情況下，會聯(lián)動GIS調(diào)度子系統(tǒng)進行調(diào)度。

4.2.3隱患管理

隱患管理功能包括了隱患查詢、隱患派發(fā)、隱患處理和隱患分析四個模塊?？梢圆榭吹卿浻脩粝碌乃许椖康碾[患信息，并進行派發(fā)和處理操作，且對所有隱患進行統(tǒng)計分析。