卢博欣，葛华勇，官洪运

　　（东华大学 信息科学与技术学院，上海 201620）

　　摘要：为实时监控学生宿舍内是否发生火灾，并在火灾发生时进行报警，结合“互联网+”的概念，设计了一种无线独立式宿舍火灾监控报警系统。该系统采用烟雾传感器监测火灾信号，采用GSM网络的SMS（短消息服务）实现无线通信，并且采用B/S架构实现远程访问。该系统具有安装维护方便、实用性强、成本低等特点，可实时监控火灾情况，实现火灾发生及时报警，从而确保人身和财产安全。

　　关键词：火灾监控报警系统；烟雾传感器；SMS（短消息服务）；B/S架构

0引言

　　目前，我国部分学生宿舍房屋结构采用单一的砖木结构，建筑结构构件的耐火极限较低；与此同时，由于设计原因，并未着重考虑消防问题，配有的消防设备不足；加之学生的消防意识淡薄，生活中用火用电不规范，造成宿舍内火灾频发，不仅仅对财务造成损失，更严重的可能危害到生命［1］ 。而传统的火灾监控报警系统都是通过有线网络进行信号传输，往往需要进行综合布线，并且需要购买专用安装软件。安装、维护成本高，灵活性差，具有一定的区域限制［2］。因此，设计一套宿舍火灾监控报警系统具有实际意义。无线独立式火灾监控系统较为灵活，安装方便，弥补了传统系统需要综合布线且成本较高的弊端。与此同时，该系统采用B/S架构，通过Internet即可进行访问，无需通过专用设备，不受空间的限制。该系统可以实时对宿舍内是否发生火灾进行检测，一旦发生火灾立刻报警，使得消防人员迅速赶往现场进行灭火，确保宿舍内人员和财产的安全。

1系统架构分析与设计

　　本文设计了一种无线独立式宿舍火灾监控报警系统。该系统采用GSM模块的SMS功能进行数据通信，并且采用B/S架构，通过Internet即可对系统进行访问监控。系统框图如图1所示，分为火灾烟雾探测模块和远程服务器模块，烟雾探测模块通过GSM网络与远程服务器模块进行通信，监控人员通过Internet访问服务器。其具体工作原理为：火灾烟雾探测模块通过烟雾传感器以烟雾浓度作为火灾报警信号进行监控，当检测到火灾发生时，触发烟雾报警器报警，并且通过GSM网络将信息发送到远程服务器模块；远程服务器接收报警信息，并且处理、存储该信息，通过Internet发布到网页上；监控人员使用Web浏览器通过Internet访问监控页面进行监控，查看报警信息［3］。

2火灾烟雾探测模块设计

　　火灾烟雾探测模块框图如图2所示。该模块放置于寝室内，包括烟雾传感器、MCU、GSM模块。

　　本模块的烟雾传感器采用能美西科姆公司的独立式光电感烟火灾探测报警器FSK01ZZS，使用烟散射光法，无烟火灾环境下，光敏元件和红外发光元件为偏置设计，两者相距20~30 mm；当发生火灾时，烟雾进入探测环境，红外发光元件发出的激光通过烟雾粒子反射或散射到光敏元件上，光敏元件接收到足够的光信号时，产生电极失真现象以触发警报信号［4］。除此之外，该烟雾传感器具有图1火灾监控报警系统框图可移报功能，即可以将报警信号导出为电信号传输至MCU。

　　MCU采用1块单片机，由于MCU主要负责采集由烟雾传感器采集的报警电信号，以及控制GSM模块将报警电信号以SMS（短消息）形式发送至远程服务器模块，MCU所需要承担的工作量较小，因此，MCU采用1块STM32的单片机。

　　GSM模块采用AT指令将MCU编写的短信内容发送至远程服务器模块。具体AT指令如下：

　　（1）AT+CSGF=1//设置SMS（短信息）编码方式为文本格式；

　　（2）AT+CSGS=“号码” “内容”  //先输入发送的号码，再输入SMS（短信息）内容［5］。

　　近年来随着移动通信业务的发展，垃圾短信骤然增多，由于该系统采用SMS（短信息）进行通信，为了避免垃圾短信对系统造成干扰而导致误报、错报火灾，需要对SMS（短信息）内容格式进行一定的处理。本系统采用的报警信号格式为：“firealarm+房间号+*”，从而避免误报和错报。该系统采用无线通信方式，为了保证及时准确地发现火灾，需要对火灾探测模块是否正常运行进行监测，例如烟雾传感器是否遗失等，通过定时向远程服务器发送存在信号来保证系统的可靠性。采用的存在信号格式为：“firealarm+房间号+#”。

　　火灾烟雾探测模块工作流程如图3所示。MCU监测传感器是否有火灾发生，当火灾发生时，产生的烟雾进入传感器探测环境，触发传感器产生电信号，MCU监测到电信号，控制GSM模块发送报警信号短信息至远程服务器模块；另一方面，通过MCU设置定时器，定时向远程服务器模块发送存在信号短信。

3远程服务器模块设计

　　远程服务器模块由服务器和GSM模块组成，GSM模块通过串口与服务器相连接，负责接收从火灾烟雾探测模块发送来的短信，并且通过串口传输到服务器。串口参数：波特率为9 600 b/s，数据位为8，停止位为1，校验位为None，流控制为None。由于该系统采用B/S架构，将数据的收集、存储和分析等主要功能集成到服务器上，使系统的开发、维护得到极大的简化，并且无需购买安装专用软件，监控人员仅仅需要通过Internet访问服务器的Web页面即可对火灾情况进行监控，不受地点的限制，简单、方便、快捷［6］。

　　服务器的设计采用MVC（Model View Controller）的设计模式，对应于Web应用采用Servlet+JSP（Java Server Pages）+JavaBean模式进行开发，其中JavaBean对应于模型（Model），用于数据的封装；JSP对应于视图（View）,负责数据的实现；Servlet对应于控制器（Controller），用于实现用户的请求［7］。将Web服务器分为客户端（Web层）、Servlet（Service接口）、业务层（Service层）、DAO层（Data Access Object）、数据库层。依据MVC三层架构原理进行如下构建方式步骤［8］：

　　（1）客户端向Servlet发送请求，调用Service组件处理事件请求；

　　（2）Service组件调用DAO层通过JDBC（Java数据库连接）获取数据；

　　（3）数据经由DAO层通过JavaBean封装完成，再经由DAO层传递至Service层；

　　（4）数据在Service层进行数据处理后重新封装进JavaBean；

　　（5）将封装好的JavaBean传递到Servlet，由Servlet返回给JSP做页面填充；

　　（6）页面发送给客户端。

　　服务器所实现的功能如下：

　　（1）用户登录注册：用户可以在系统的首页中完成登录以及快速注册功能。登录时，将输入的用户名和密码与数据中用户表的记录进行对比，输入正确则进入火灾监控页面，否则出现提示重新输入；快速注册时，先查询数据库中是否存在该用户，若不存在，则直接将用户信息保存至数据库的用户表中；否则出现提示重新输入。

　　（2）火灾监控：服务器收集通过串口从GSM模块传来的短信，解析短信内容，并且将解析后的内容存储在数据库信息表中，Web页面通过请求访问数据库，查看宿舍内火灾情况。当接收到报警信息短信后，通过Web页面中报警信息表查看到出现火灾的楼层、房间号、时间，点击楼层平面图后，在页面中显示该楼层的平面图，并且页面播放报警声音提示监控人员有火灾发生。

　　（3）报警器管理：可以添加、删除报警器。输入房间号，添加报警器，也可以从查询结果表中，点击“添加报警器”或者“拆除报警器”对房间进行添加和删除报警器。添加报警器后将数据写入数据库的房间表，删除报警器后则将数据库房间表中state字段（房间是否有报警器，1表示有，0表示没有）置0。

　　（4）处理报警信息：当监控人员在火灾监控页面发现火灾信息后，点击“进入火灾报警信息处理”页面，点击“处理”后，火灾监控页面中报警信息消除，不再播放报警声音，并且将数据库中信息表中condition字段（报警信息是否处理，0表示未处理，1表示已处理）置1。

　　（5）查询历史记录：可以根据月份查询该宿舍楼各层火灾发生情况，将符合查询条件的信息显示在查询结果中，与此同时，根据查询结果绘制一张2D柱状图，直观表示各楼层火灾发生情况。

4系统的调试与结果

　　该系统分为2个模块，火灾烟雾探测模块和远程服务器模块。系统开启并且运行稳定后，将火灾烟雾探测模块放置于两种简单环境下进行测试，即正常环境和火灾环境。

　　在正常环境下，报警器不报警，没有出现错报或者误报情况；在火灾环境，模拟火灾发生，烟雾传感器发出“嘀嘀嘀”警报声，并且火灾烟雾探测模块发出报警信号，远程服务器模块接收到信息，并且发布到页面上，如图4所示。进入处理报警信息页面点击“处理”将该信息处理掉，如图5所示。进入查询历史信息页面，选择需要查询年月，输出查询结果，并且生成2D柱状图，如图6所示。

　　调试结果表明，本文设计系统可实现上述功能，当火灾发生时系统及时报警，监控工作人员可以对报警信息进行实时查看，并且可以根据楼层平面图找到具体位置，及时进行灭火工作，控制火势蔓延，保证人身和财产的安全；同时，系统可以查询历史信息，并进行一定的处理，对预防火灾发生具有一定意义。

5结束语

　　本文研究了一种基于B/S架构的宿舍无线独立式火灾报警系统。市场上传统的火灾报警系统多采用C/S架构和CAN总线方式进行通信，综合布线成本高，且灵活性较差，监控人员需要购买专用设备、安装专用软件。与之相比，本系统采用GSM网络使用无线通信，无需综合布线，降低了成本，并且灵活性较高；另外，采用B/S架构，通过Internet访问Web服务器即可进行监控，不受空间限制。系统采用无线通信方式，如何提高系统的可靠性是下一步的研究方向。

参考文献

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　　［2］ 王娜, 夏国荣. 智能小区火灾报警系统的设计［J］.微计算机信息, 2005(2): 7475.

　　［3］ 马科, 陈和平, 王志芳,等. 基于移动平台的火灾短信报警系统的设计与实现［J］.计算机工程与设计, 2008,29(9): 23872389.

　　［4］ 毛星. 家用烟雾报警器［J］.消防科学与技术, 2012(9): 940.

　　［5］ MAO L, DUAN Q. Research and design of GSMbased fire alarm system［C］.11th Joint International Computer Conference, 2005: 308311.

　　［6］ HAO Q L, YANG P X, WANG M J, et al. A study of remote monitoring fire alarm system based on internet of things［C］.4th International Conference on Engineering Materials, Energy, Management and Control, MEMC 2014, 2014: 330333.

　　［7］ 李树人, 韩芳溪, 郭春燕. 基于J2EE/MVC的就业管理信息系统的研究［J］.计算机工程与设计, 2008,29(4): 987990.

　　［8］ 薛峰, 梁锋, 徐书勋,等. 基于Spring MVC框架的Web研究与应用［J］.合肥工业大学学报(自然科学版), 2012(3): 337340.