罗云芳1，黄锦祝2
（1. 广西职业技术学院 计算机与电子信息工程系，广西 南宁 530226；2. 广西机电职业技术学院， 广西 南宁 530007）
摘要：高校校园依赖人工巡检实现消防安全管理的方式，往往无法第一时间掌握消防安全隐患和消防事故，针对此发生,造成重大消防事故，针对此情况，利用物联网等先进的技术手段开发高校消防安全动态监控管理系统。系统经测试应用表明，实现了消防信息的实时动态采集、传输和处理，发生消防安全隐患即时向管理人员发出报警信息，有效地实现了校园消防安全动态监测和管理。
中图分类号：TP393文献标识码：ADOI： 10.19358/j.issn.16747720.2016.20.027
引用格式：罗云芳，黄锦祝. 基于物联网技术的高校消防安全动态监控管理系统实现［J］.微型机与应用，2016,35（20）：96
关键词：高校消防；物联网；ZigBee；实时动态监控
0引言
高校校园的安全稳定是各项教学活动得以正常开展的前提保障,校园内教室、宿舍和实验室学生密集，当发生消防火灾时，如不能及时发现，极有可能造成重大的消防安全事故。而通过人工巡检的高校消防安全管理方式，通常无法第一时间掌握消防安全事故的发生情况。因此，本文基于物联网技术，设计开发高校消防安全动态监测管理系统，实现校园内消防重点监控区域消防信息的实时动态采集、传输和处理，发生消防安全的隐患时即时向管理人员发出报警信息，第一时间掌握发生消防安全的隐患，更好地实现校园消防安全的动态监控管理，保障校园消防安全。
1系统总体框架
本高校校园消防安全动态监控管理系统按消防信息数据采集、传输控制和接收存储显示处理分为感知层、传输层和应用层［1］。感知层对应前端数据采集子系统，传输层对应数据传输与控制子系统，应用层对应远程控制软件子系统。由三个子系统构成的高校校园消防安全动态监控管理系统总体框架如图1所示。前端数据采集子系统将烟雾、温度和红外等终端传感设备布署在学生宿舍、教室和实训室等消防重点监控区域，对监控区域烟雾、温度和火焰等消防信息数据的实时动态采集；数据传输与控制子系统由ZigBee传输和控制模块组成无线传感网络，将采集的消防信息数据传输给信息机节点，信息机节点实时接收并保存无线传感网络传输的消防信息数据；远程控制软件子系统采用PHP为开发语言，MySQL为后台数据库，基于B/S架构，按MVC（Model View Controller）模式开发并安装布署在消防监控中心服务器的软件系统，实现实时接收信息机节点中消防信息数据并实时显示和进行处理［2］。各层子系统共同协作，实现校园消防安全的动态监控管理。
2系统硬件模块实现
系统硬件模块由前端数据采集子系统硬件和传输层的信息机节点嵌入式主控电路组成，负责消防信息数据的采集、接收、控制处理和发射传输。
前端数据采集子系统硬件主要包括温度传感器、烟雾传感器和火焰传感器采集校园监控场所消防信息数据，其中烟雾传感器将采集的数据以315 MHz的发送频率传输给数据转换器，温度和火焰传感器将采集的数据以433 MHz的发送频率传输给数据转换器［3-4］。数据转换器通过硬件与ZigBee控制模块1连接，并将接收的数据传输给ZigBee控制模块1，ZigBee控制模块1与ZigBee控制模块2组成无线传感网络实现将ZigBee控制模块1的消防信息数据传输给ZigBee控制模块2，具体实现消防信息数据采集、传输的系统传感器节点结构如图2所示。
ZigBee控制模块2通过硬件与信息机主控电路连接通信，将消防信息数据传输给信息机存储器，信息机操作系统及消防信息处理应用层软件将存储器的数据读取到CPU进行控制处理和实时存储，从而实现将监控区域实时动态采集的消防信息数据传输保存到信息机系统的SQLite数据库中，信息中接收存储的消防信息数据再通过校园网络传输给远程控制子系统，供应用层处理使用。信息机实现的结构如图3所示。
3系统软件模块实现
应用层远程控制管理子系统，主要实现实时从信息机数据库中取出采集的消防信息数据、实时动态显示和实时存储到监控中心服务器数据库中，同时对获取的消防信息数据实时进行安全值判定，如果数据值超过安全值范围，实时发出预警信号并向与系统捆绑的管理员手机发送短信息，将发生消防安全预警的区域位置和安全预警类型发送给管理员，实现消防安全管理员能第一时间掌握校园消防安全动态。为方便管理和操作，应用层远程控制管理子系统基于B/S构架，采用PHP开发语言并以MySQL为后台数据库，利用ThinkPHP开发框架和Workerman高性能的PHP Socket 服务器框架，基于MVC设计模式开发实现，整个应用层远程控制管理子系统布署于校园消防安全监控中心服务器，方便校园安全管理人员操作和管理［5］。
3.1实时接收显示功能实现
本模块功能是，实时读取信息机中消防信息数据并动态显示在模块功能界面，为提高系统消防信息数据读取的实时性和稳定性，采用Workerman框架实现。Workerman是一款用PHP开发的高性能PHP Socket服务器框架，它可以实现毫秒级的定时数据交互处理。同时它基于异步的网络I/O（Input/Output）接口，在功能界面动态显示从信息机读取的消防信息数据时，避免了页面的频繁刷新。在功能模块的实现中使用Workerman框架的方法是，首先下载框架原文件，然后将框架文件复制到项目根目录下。Workerman框架是PHP语言开发的开源框架，在实现项目动态显示时，在消防数据信息功能pshowdata.php文件中使用use Workerman\\Worker;和require_once′./Workerman/Autoloader.php′;两个命令语句即可将Workerman框架包含到项目文件中，然后通过MYMws_worker = new Worker("websocket://信息机地址和端口号");语句创建Worker对象，使用onMessage方法实现信息机中消防信息数据的实时监听接收。实时接收显示消防信息数据功能的具体流程如图4所示。
3.2发送手机短信功能实现
本模块功能主要是对实时接收的消防信息数据与安全值实时比较，如果接收的实时消防信息数据值超过安全值，则根据接收的消防信息数据超安全值的采集传感器编号，利用T-SQL的Select语句查询确定发生消防安全隐患的具体位置信息和发生的消防隐患类型，将查询的信息组成短信内容，用fopen函数打开保存管理员手机号码文件，通过file_get_contents函数读取出管理员手机号，然后通过调用第三方短信平台提供的API函数给管理员手机发送短信。实现向管理员手机发送预警短信的具体流程如图5所示。
4系统测试
消防安全动态监控管理系统设计开发完成后，需对系统进行功能和性能测试，以验证系统的功能和性能是符合到校园消防安全动态监控管理的要求。按系统结构测试分硬件层测试和远程控制软件层测试。
硬件层测试按各个功能模块逐一完成，测试是否能够正确实时采集消防信息数据和对采集的数据进行传输。终端传感设备主要负责消防节点消防数据实时采集，并将采集到的数据通过ZigBee网络向外传输。终端采集节点采集消防信息数据的实现流程如图6所示。
通过测试ZigBee 协调器节点和 ZigBee 节点可以实现自组网，实现无线通信，协调器节点把所收到的信息通过串口通信方式传送到嵌入式平台，表明无线传感网络能正常实现数据传输［6］。
给采集终端传感器上电，LED检测灯不停闪烁，表明其正与ZigBee无线传感网络连接，一段时间后LED灯熄灭，表示采集终端已加入网络，此时按下采集终端节点按键，信息机界面显示采集火焰传感器地址和采集火焰传感器的状态，有火焰或无火焰。
软件层测试主要验证系统能否实时正常接收信息机传输的消防信息数据，并能否在监控界面实时动态更新显示，能否实时存储处理和当接收的消防信息数据超出安全值范围发出预警信息及向管理员发送手机短信。通过测试，当信息机接收到新的消防信息数据时，软件层能实时接收到信息机中的数据并在监控界面实时动态更新显示，跟踪数据库日志出现新数据插入数据表的记录［7］。当接收到信息机中的火焰信号时，发出预警信号并向管理员发送手机短信。测试软件层系统与信息机连接并成功接收信息机数据，当发现火焰信息时，管理员手机接收的消防短信详细说明发生险情的地点和险情种类。
5结论
基于物联网技术构建校园消防安全动态监控管理系统，采用现代的智能传感设备、网络技术和信息处理技术代替人工定时巡检的落后消防安全管理模式，当发生消防安全险情时能第一时间掌握具体情况，为后面的消防险情处理争取更有利的处理条件和更多的处理时间，极大地提高出警效率和险情处理效率，更好地保障在校师生的财产和生命安全。
参考文献
［1］ 杨成刚. 基于物联网的消防管理系统的设计与实现［D］. 长春：吉林大学,2015.
［2］ 王韦玮,马鹏飞,张永军，等. 物联网环境下基于B/S模式的监控系统［J］. 计算机与数字工程,2013，41(10)：1573-1575.
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